BR112012001717B1

BR112012001717B1 - queimador e caldeira com ignição por combustível sólido, e, método de operação de um queimador com ignição por combustível sólido

Info

Publication number: BR112012001717B1
Application number: BR112012001717-9A
Authority: BR
Inventors: Keigo Matsumoto; Koutaro Fujimura; Kazuhiro Domoto; Toshimitsu Ichinose; Naofumi Abe; Jun Kasa
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd.
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2021-01-19
Also published as: TW201122372A; CL2012000157A1; BR112012001717A2; KR20120036337A; UA109719C2; PL2515039T3; EP2623862A3; MY157159A; US20120152158A1; EP2515039A1; KR101327570B1; MX345156B; TWI449867B; EP2515039B1; ES2647923T3; MX2012001164A; EP2623862A2; EP2515039A4; CN103292321B; JP2011127836A

Abstract

QUEIMADOR E CALDEIRA COM IGNIÇÃO POR CONBUSTÍVEL SÓLIDO, E, MÉTODO DE OPERAÇÃO DE UM QUEIMADOR COM IGNIÇÃO POR COMBUSTÍVEL SÓLIDO É provido um queimador de combustível sólido em uma área com oxigênio residual a alta temperatura formada na periferia externa da chama é suprimida, de forma que a geração de NOx final pode ser reduzida. Um queimador de combustível sólido (20) é usado em uma porção do queimador de uma caldeira de combustível sólido dividida na porção do queimador e uma porção de carregamento de ar adicional, para realizar uma combustão de baixo NOx, e carregar combustível sólido granular e ar em um forno. O queimador de combustível sólido é provido com um queimador de combustível (21) no qual a chama é mantida, e um orifício de carregamento de ar secundário (30) no qual a chapa não é mantida. A razão de ar do queimador de combustível (21) é estabelecida em 0,85 ou mais.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção diz respeito a queimadores com ignição por combustível sólido e caldeiras com ignição por combustível sólido que queimam combustível sólido (combustível pulverizado) tal como carvão pulverizado.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Exemplos de caldeiras com ignição por combustível sólido convencionais incluem uma caldeira a carvão pulverizado que queima carvão pulverizado (carvão) como combustível sólido, por exemplo. Exemplos desta caldeira a carvão pulverizado incluem dois tipos de sistemas de combustão conhecidos, isto é, uma caldeira de queima tangencial e uma caldeira de queima de parede.

[0003] Dessas caldeiras, na caldeira de queima tangencial que queima carvão pulverizado, orifícios de injeção de ar secundário para injetar ar secundário são dispostos acima e abaixo do ar primário injetado por um queimador de carvão (queimador a combustível sólido) junto com carvão pulverizado, que serve como combustível, de maneira a realizar ajuste do fluxo de ar do ar secundário em torno da caldeira a carvão (vide literatura de patente 1, por exemplo).

[0004] A quantidade do ar primário supradescrito precisa ser suficiente para transferir o carvão pulverizado, que serve como combustível e, portanto, a sua quantidade é especificada em um moinho de rolos para pulverizar carvão para gerar carvão pulverizado.

[0005] O ar secundário supradescrito é soprado em uma quantidade necessária para formar toda a chama na caldeira de queima tangencial. Portanto, a quantidade de ar secundário para a caldeira de queima tangencial é em geral obtida subtraindo a quantidade de ar primário da quantidade total de ar necessária para combustão do carvão pulverizado.

[0006] Por outro lado, em um queimador de uma caldeira de queima de parede, foi proposto que ar secundário e ar terciário são introduzidos em um lado externo de ar primário (para suprir carvão pulverizado) para realizar ajuste fino da quantidade de ar introduzido (vide literatura de patente 2, por exemplo).

LISTA DE CITAÇÃO LITERATURA DE PATENTE

[0007] PTL 1 Publicação da patente japonesa No. 3679998

[0008] PTL 2 Pedido de patente japonês não examinado, publicação No. 2006-189188

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA TÉCNICO

[0009] A caldeira de queima tangencial convencional supradescrita tem uma configuração em que um orifício de injeção de ar secundário para injetar ar secundário é provido acima e abaixo da caldeira a carvão e assim ajuste fino da quantidade de ar secundário a ser injetada pelos orifícios de injeção de ar secundário não pode ser realizado. Portanto, uma região com oxigênio remanescente de alta temperatura é formada na circunferência externa da chama e, em particular, a região com oxigênio remanescente de alta temperatura é formada em uma região onde o ar secundário é concentrado, para causar um aumento na quantidade de NOx produzida, que é indesejável.

[0010] Em geral, o queimador de carvão convencional tem uma configuração em que um mecanismo de estabilização de chama (para ajuste do ângulo de ponta, giro, etc.) é disposto na circunferência externa do queimador e, adicionalmente, orifícios de injeção de ar secundário (ou ar terciário) são dispostos imediatamente próximos da circunferência externa do mecanismo de estabilização de chama. Portanto, ignição é realizada em torno da circunferência externa da chama, e uma grande quantidade de ar é misturada na circunferência externa da chama. Em decorrência disto, combustão na circunferência externa da chama progride em um estado de alto oxigênio e alta temperatura na região com oxigênio remanescente de alta temperatura na circunferência externa da chama e, portanto, NOx é produzido na circunferência externa da chama.

[0011] Uma vez que o NOx assim produzido na região com oxigênio remanescente de alta temperatura na circunferência externa da chama passa através da circunferência externa da chama, a redução do NOx é atrasada, comparada com a de NOx produzido dentro da chama, e isto faz com que NOx seja produzido pela caldeira a carvão.

[0012] Por outro lado, também na caldeira de queima de parede, uma vez que ignição é realizada na circunferência externa da chama por causa do turbilhonamento, isto similarmente faz com que NOx seja produzido na circunferência externa da chama.

[0013] Nessas circunstâncias, como no queimador de carvão convencional e caldeira a carvão supradescritos, em queimadores a combustível sólido e caldeiras a combustível sólido que queimam combustível sólido pulverizado, deseja-se suprimir uma região com oxigênio remanescente de alta temperatura formada na circunferência externa da chama para reduzir a quantidade de NOx eventualmente produzida emitido por uma seção de injeção de ar adicional.

[0014] A presente invenção foi realizada em vista das circunstâncias supradescritas, e um objetivo da mesma é prover um queimador a combustível sólido e uma caldeira a combustível sólido capazes de diminuir a quantidade de NOx eventualmente produzida emitido pela seção de injeção de ar adicional pelo suprimento (enfraquecimento) de uma região com oxigênio remanescente de alta temperatura formada na circunferência externa da chama.

SOLUÇÃO DO PROBLEMA

[0015] A fim de solucionar os problemas supradescritos, a presente invenção emprega as seguintes soluções.

[0016] De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção provê um queimador a combustível sólido que é usado em uma seção do queimador de uma caldeira a combustível sólido para realizar combustão baixo NOx separadamente na seção do queimador e em uma seção de injeção de ar adicional e que injeta combustível sólido pulverizado e ar em um forno, incluindo: um queimador de combustível com estabilização de chama interna; e um orifício de injeção de ar secundário que não realiza estabilização de chama, em que a razão de ar no queimador de combustível é estabelecida em 0,85 ou mais.

[0017] De acordo com este queimador a combustível sólido do primeiro aspecto da presente invenção, uma vez que o queimador de combustível com a estabilização de chama interna e o orifício de injeção de ar secundário que não realiza estabilização de chama são providos, e a razão de ar no queimador de combustível é estabelecida em 0,85 ou mais, a quantidade de ar em uma seção de injeção de ar adicional (a quantidade de ar adicional injetado) é diminuída, comparada com um caso em que a razão de ar é estabelecida em 0,8, por exemplo. Em decorrência disto, na seção de injeção de ar adicional onde a quantidade de ar adicional injetado é diminuída, a quantidade de NOx eventualmente produzida é diminuída.

[0018] A diminuição supradescrita na quantidade de ar adicional injetado é habilitada quando a ignição no queimador de combustível é intensificada com a estabilização de chama interna, empregando o queimador de combustível com a estabilização de chama interna e o orifício de injeção de ar secundário que não realiza estabilização de chama, e quando a difusão de ar para dentro da chama é melhorada para suprimir uma região com oxigênio remanescente formada na chama. Especificamente, uma vez que uma região com oxigênio remanescente de alta temperatura formada na circunferência externa da chama é eliminada e, além disso, a intensificação da ignição produz NOx dentro da chama para reduzir efetivamente o NOx, a quantidade de NOx que atinge a seção de injeção de ar adicional é diminuída. Adicionalmente, uma vez que a quantidade de ar adicional injetado é diminuída na seção de injeção de ar adicional, a quantidade de NOx produzida na seção de injeção de ar adicional é também diminuída e, em decorrência disto, a quantidade de NOx eventualmente emitida pode ser diminuída.

[0019] Adicionalmente, a adoção do orifício de injeção de ar secundário que não realiza estabilização de chama é também efetiva para diminuir a quantidade de NOx produzida na circunferência externa da chama.

[0020] No queimador a combustível sólido supradescrito, uma razão de ar mais preferível no queimador de combustível é 0,9 ou mais.

[0021] No queimador a combustível sólido de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, é preferível que o queimador de combustível injete combustível pulverizado e ar no forno; o orifício de injeção de ar secundário é disposto acima e abaixo e/ou nos lados direito e esquerdo do queimador de combustível e tem um dispositivo de ajuste do fluxo de ar; e um ou mais elementos divisores são arranjados em uma parte dianteira do trajeto de fluxo do queimador de combustível.

[0022] De acordo com este queimador a combustível sólido, uma vez que o queimador a combustível sólido, que injeta combustível pulverizado e ar no forno, é provido com um ou mais elementos divisores arranjados na parte dianteira do trajeto de fluxo do queimador de combustível, os elementos divisores funcionam como um mecanismo de estabilização de chama interno perto do centro da abertura de saída do queimador de combustível. Uma vez que a estabilização de chama interna é habilitada pelos elementos divisores, a porção central da chama fica deficiente em ar, e dessa forma se dá a redução NOx.

[0023] No queimador a combustível sólido de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, é preferível que o queimador de combustível injete combustível pulverizado e ar no forno; o orifício de injeção de ar secundário é disposto acima e abaixo e/ou nos lados direito e esquerdo do queimador de combustível e tem um dispositivo de ajuste do fluxo de ar; e elementos divisores são arranjados em uma pluralidade de direções em uma parte dianteira do trajeto de fluxo do queimador de combustível.

[0024] De acordo com este queimador a combustível sólido, uma vez que o queimador a combustível sólido, que injeta combustível pulverizado e ar no forno, é provido com os elementos divisores arranjados em uma pluralidade de direções na parte dianteira do trajeto de fluxo do queimador de combustível, partes cruzadas dos elementos divisores, funcionando como o mecanismo de estabilização de chama interno, pode ser facilmente provido perto do centro da abertura de saída do queimador de combustível.

[0025] Portanto, nas proximidades do centro da abertura de saída do queimador de combustível onde os elementos divisores se cruzam, o fluxo de combustível pulverizado e ar é perturbado pela presença dos elementos divisores que dividem o trajeto de fluxo. Em decorrência disto, mistura e difusão de ar são facilitadas mesmo dentro da chama e, adicionalmente, a área de ignição é dividida, dessa forma fazendo a posição de ignição ficar próxima da porção central da chama e diminuindo a quantidade de combustível não queimado. Especificamente, uma vez que fica fácil para oxigênio entrar na porção central da chama ao longo dos elementos divisores, a região com oxigênio remanescente de alta temperatura na circunferência externa da chama é eliminada, dessa forma efetivamente realizando ignição interna. Quando a ignição na chama é facilitada da maneira supradescrita, a redução se dá rapidamente na chama, diminuindo assim a quantidade de NOx produzida, comparada com um caso onde a ignição é realizada na região com oxigênio remanescente de alta temperatura na circunferência externa da chama.

[0026] Note que, neste queimador a combustível sólido, é preferível que um estabilizador de chama que é convencionalmente disposto na circunferência externa do queimador seja eliminado, dessa forma suprimindo adicionalmente a quantidade de NOx produzida na circunferência externa da chama.

[0027] No queimador a combustível sólido de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, é preferível que o comprimento da superfície de ignição (Lf) constituído pelos elementos divisores seja estabelecido maior que o comprimento circunferencial da abertura de saída (L) do queimador de combustível (Lf > L).

[0028] Quando o comprimento dos elementos divisores é estabelecido da maneira supradescrita, a superfície de ignição determinada pelo comprimento da superfície de ignição (Lf) é maior que a usada em ignição realizada na circunferência externa da chama. Portanto, comparada com a ignição realizada na circunferência externa da chama, ignição interna é intensificada, facilitando assim a rápida redução na chama.

[0029] Adicionalmente, uma vez que os elementos divisores dividem a chama neles, a rápida combustão na chama é habilitada.

[0030] No queimador a combustível sólido supradescrito, é preferível que os elementos divisores fiquem dispostos densamente no centro de uma abertura de saída do queimador de combustível.

[0031] Quando os elementos divisores, que serve como o mecanismo de estabilização de chama interno, são dispostos densamente no centro da abertura de saída, da maneira supradescrita, os elementos divisores são concentrados na porção central do queimador de combustível, dessa forma facilitando ainda mais a ignição na porção central da chama para produzir e rapidamente reduzir NOx na chama.

[0032] Adicionalmente, quando os elementos divisores são arranjados densamente no centro, a área desocupada na parte central do queimador de combustível é diminuída, dessa forma aumentando relativamente a perda de pressão nos elementos divisores. Portanto, a velocidade de fluxo de combustível pulverizado e ar que escoa no queimador de combustível é diminuída, e mais rápida ignição pode ser realizada.

[0033] No queimador a combustível sólido supradescrito, é preferível que os orifícios de injeção de ar secundário sejam cada qual divididos em uma pluralidade de trajetos de fluxo independentes cada qual com dispositivo de ajuste do fluxo de ar.

[0034] O queimador a combustível sólido assim configurado pode realizar distribuição de vazão de maneira tal que a quantidade de ar secundário a ser injetada na circunferência externa da chama seja estabelecida em um valor desejado operando o dispositivo de ajuste do fluxo de ar para cada qual dos trajetos de fluxo divididos. Portanto, quando a quantidade de ar secundário a ser injetada na circunferência externa da chama é devidamente estabelecida, a formação de uma região com oxigênio remanescente de alta temperatura pode ser eliminada ou impedida.

[0035] No queimador a combustível sólido de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, é preferível que o queimador de combustível injete combustível pulverizado e ar no forno; o orifício de injeção de ar secundário é disposto acima e abaixo e/ou nos lados direito e esquerdo do queimador de combustível e dividido em uma pluralidade de trajetos de fluxo independentes cada qual com um dispositivo de ajuste do fluxo de ar; e um elemento divisor é arranjado em uma parte dianteira do trajeto de fluxo do queimador de combustível.

[0036] De acordo com este queimador a combustível sólido, o queimador de combustível que injeta combustível pulverizado e ar no forno; os orifícios de injeção de ar secundário que são cada qual dispostos acima e abaixo e/ou nos lados direito e esquerdo do queimador de combustível e que têm cada qual dispositivo de ajuste do fluxo de ar, os orifícios de injeção de ar secundário cada qual sendo dividido em uma pluralidade de trajetos de fluxo independentes cada qual com o dispositivo de ajuste do fluxo de ar; e o elemento divisor arranjado na parte dianteira do trajeto de fluxo do queimador de combustível são adicionalmente providos. Portanto, a distribuição de vazão pode ser realizada de maneira tal que a quantidade de ar secundário a ser injetada na circunferência externa da chama seja estabelecida em um valor desejado operando o dispositivo de ajuste do fluxo de ar para cada qual dos trajetos de fluxo divididos. Portanto, quando a quantidade de ar secundário a ser injetada na circunferência externa da chama é devidamente estabelecida, a formação de uma região com oxigênio remanescente de alta temperatura pode ser eliminada ou impedida.

[0037] Adicionalmente, quando o elemento divisor é provido na parte dianteira do trajeto de fluxo do queimador de combustível, é possível perturbar o fluxo de combustível pulverizado e ar para realizar ignição na chama. Em decorrência disto, NOx é produzido na chama e é rapidamente reduzido na chama, que é deficiente em ar, em virtude de o NOx produzido conter muitos tipos de hidrocarbonetos com uma ação redutora. Em outras palavras, o elemento divisor pode intensificar a estabilização de chama interna para impedir ou suprimir a formação de uma região com oxigênio remanescente de alta temperatura.

[0038] Portanto, neste queimador a combustível sólido, é preferível que um estabilizador de chama que é convencionalmente disposto na circunferência externa do queimador seja eliminado.

[0039] No queimador a combustível sólido supradescrito, é preferível incluir adicionalmente um mecanismo de ajuste de fluxo que aplica uma perda de pressão a um fluxo do combustível pulverizado e ar provido em um lado à montante dos elementos divisores.

[0040] Uma vez que este mecanismo de ajuste de fluxo elimina desvio de vazão de combustível pulverizado causado pela passagem através de um suspiro provido em um trajeto de fluxo, é possível utilizar efetivamente o mecanismo de estabilização de chama interno constituído pelos elementos divisores.

[0041] No queimador a combustível sólido supradescrito, é preferível que os orifícios de injeção de ar secundário sejam cada qual providos com um mecanismo de ajuste do ângulo.

[0042] Quando os orifícios de injeção de ar secundário são cada qual providos com o mecanismo de ajuste do ângulo, é possível suprir idealmente ar secundário pelos orifícios de injeção de ar secundário ainda mais para fora da chama. Adicionalmente, uma vez que turbilhonamento não é utilizado, é possível impedir ou suprimir a formação de uma região com oxigênio remanescente de alta temperatura, prevenindo ainda espalhamento excessivo da chama.

[0043] No queimador a combustível sólido supradescrito, é preferível que a distribuição da quantidade de ar a ser injetada pelos orifícios de injeção de ar secundário seja realimentada de forma controlada com base na quantidade de combustível não queimado e na quantidade de emissão de óxido de nitrogênio (NOx).

[0044] Quando este controle de realimentação é realizado, a distribuição de ar secundário pode ser automaticamente otimizada. Neste controle, por exemplo, quando a quantidade de combustível não queimado é alta, a distribuição de ar secundário em um lado interno próximo da superfície circunferencial externa da chama é aumentada; e, quando a quantidade de emissão de óxido de nitrogênio é alta, a distribuição de ar secundário em um lado externo distante da superfície circunferencial externa da chama é aumentada.

[0045] Note que, para medir a quantidade de combustível não queimado, cinza coletada pode ser analisada cada vez, por exemplo, ou um instrumento para medir que a concentração de carbono disperse da luz laser pode ser empregado.

[0046] No queimador a combustível sólido supradescrito, é preferível que a quantidade de ar a ser injetada pelos orifícios de injeção de ar secundário seja distribuída entre injeções de ar multiestágios que tornam uma região da seção do queimador até a seção de injeção de ar adicional uma atmosfera redutora.

[0047] Quando a quantidade de ar é distribuída desta maneira, a quantidade de óxido de nitrogênio produzido pode ser diminuída ainda mais por causa da sinergia entre uma diminuição em óxido de nitrogênio através da supressão da região com oxigênio remanescente de alta temperatura formada na circunferência externa da chama e uma diminuição em óxido de nitrogênio no gás de combustão exausto, causados pela provisão da atmosfera redutora.

[0048] No queimador a combustível sólido supradescrito, é preferível que o sistema para suprir ar a um orifício do queimador de combustível de carvão secundário seja separado de um sistema para suprir ar aos orifícios de injeção de ar secundário.

[0049] Quando esses sistemas de suprimento de ar são providos, a quantidade de ar pode ser confiavelmente ajustada, mesmo quando os orifícios de injeção de ar secundário são cada qual divididos em uma pluralidade de orifícios para prover múltiplos estágios.

[0050] No queimador a combustível sólido supradescrito, é preferível que a pluralidade de trajetos de fluxo dos orifícios de injeção de ar secundário seja concentricamente provida em torno do queimador de combustível, que tem uma forma circular, em uma direção circunferencial externa em multiestágios.

[0051] O queimador a combustível sólido assim configurado pode ser aplicado particularmente a uma caldeira de queima de parede. Uma vez que ar é uniformemente introduzido pela sua circunferência, a região de alta temperatura alto oxigênio pode ser mais precisamente diminuída.

[0052] De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção provê uma caldeira a combustível sólido em que o queimador a combustível sólido supradescrito que injeta combustível pulverizado e ar em um forno é disposto em um canto ou em uma parede do forno.

[0053] De acordo com a caldeira a combustível sólido do segundo aspecto da presente invenção, uma vez que o queimador a combustível sólido supradescrito, que injeta combustível pulverizado e ar no forno, é provido, elementos divisores que são dispostos perto do centro da abertura de saída de um queimador de combustível e que funcionam como um mecanismo de estabilização de chama interno dividem o trajeto de fluxo de combustível pulverizado e ar para perturbar o seu fluxo. Em decorrência disto, a mistura e difusão de ar são facilitadas mesmo na chama e, adicionalmente, a superfície de ignição é dividida, dessa forma tornando a posição de ignição próxima do centro da chama, diminuindo a quantidade de combustível não queimado. Especificamente, uma vez que fica fácil para oxigênio entrar na porção central da chama, ignição interna é efetivamente realizada e, portanto, ocorre rápida redução na chama, diminuindo a quantidade de emissão de NOx.

[0054] De acordo com um terceiro aspecto, a presente invenção provê um método de operação de um queimador a combustível sólido que é usado em uma seção do queimador de uma caldeira a combustível sólido para realizar combustão baixo NOx separadamente na seção do queimador e em uma seção de injeção de ar adicional e que injeta combustível sólido pulverizado e ar em um forno, o queimador a combustível sólido incluindo: um queimador de combustível com estabilização de chama interna; e um orifício de injeção de ar secundário que não realiza estabilização de chama, em que operação é realizada com um razão de ar no queimador de combustível estabelecida em 0,85 ou mais.

[0055] De acordo com este método de operação de um queimador a combustível sólido, o queimador a combustível sólido inclui o queimador de combustível com a estabilização de chama interna e o orifício de injeção de ar secundário que não realiza estabilização de chama e é operado com a razão de ar no queimador de combustível estabelecida em 0,85 ou mais. Portanto, a quantidade de ar (a quantidade de ar adicional injetado) na seção de injeção de ar adicional é diminuída, comparada com um caso em que a razão de ar é 0,8, por exemplo. Em decorrência disto, na seção de injeção de ar adicional onde a quantidade de ar adicional injetado é diminuída, a quantidade de NOx eventualmente produzida é diminuída.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0056] De acordo com o queimador a combustível sólido e caldeira a combustível sólido supradescritos da presente invenção, uma vez que o queimador de combustível com a estabilização de chama interna e o orifício de injeção de ar secundário que não realiza estabilização de chama são providos, e a razão de ar no queimador de combustível é estabelecida em 0,85 ou mais, preferivelmente em 0,9 ou mais, uma diminuição na quantidade de ar adicional injetado diminui a quantidade de NOx produzida na seção de injeção de ar adicional.

[0057] Adicionalmente, uma vez que a região com oxigênio remanescente de alta temperatura formada na circunferência externa da chama é eliminada, e NOx produzido na chama, em que combustão da pré-mistura que aproxima-se da combustão é alcançada, é efetivamente reduzida, a diminuição na quantidade de NOx que atinge a seção de injeção de ar adicional e a diminuição na quantidade de NOx produzida por causa da injeção de ar adicional diminuem a quantidade de NOx eventualmente emitida pela seção de injeção de ar adicional.

[0058] Adicionalmente, uma vez que os elementos divisores arranjados em uma pluralidade de direções que funcionam como o mecanismo de estabilização de chama interno são providos na abertura de saída do queimador de combustível, o trajeto de fluxo de combustível pulverizado e ar é dividido para perturbar o seu fluxo nas proximidades do centro da abertura de saída do queimador de combustível onde os elementos divisores se cruzam. Em decorrência disto, uma vez que a mistura e difusão de ar são facilitados mesmo na chama e, adicionalmente, os elementos divisores dividem a superfície de ignição, a posição de ignição fica próxima do centro da chama, e a quantidade de combustível não queimado é diminuída. Isto se dá em virtude de ficar fácil para o oxigênio entrar na porção central da chama, e ignição interna é efetivamente realizada com este oxigênio e, dessa forma, ocorre rápida redução na chama, diminuindo a quantidade de NOx produzida eventualmente emitido pela caldeira a combustível sólido.

[0059] Além disso, ajustando-se a injeção de ar secundário, a concentração de ar secundário na circunferência externa da chama pode ser impedida ou eliminada. Em decorrência disto, é possível suprimir a região com oxigênio remanescente de alta temperatura formada na circunferência externa da chama, diminuindo a quantidade de óxido de nitrogênio (NOx) produzida.

[0060] Adicionalmente, usando um método de operação de um queimador a combustível sólido em que o queimador é operado com a razão de ar no queimador de combustível estabelecida em 0,85 ou mais, a quantidade de ar (a quantidade de ar adicional injetado) na seção de injeção de ar adicional pode ser diminuída, diminuindo assim a quantidade de NOx eventualmente produzida na seção de injeção de ar adicional onde a quantidade de ar adicional injetado é diminuída.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

[0061] A figura 1A é uma vista frontal de um queimador a combustível sólido (queimador a carvão) de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção, quando o queimador a combustível sólido é visto de dentro de um forno.

[0062] A figura 1B é uma vista seccional transversal do queimador a combustível sólido (vista seccional transversal vertical) ao longo das setas A-A mostrado na figura 1A.

[0063] A figura 2 é um diagrama mostrando um sistema de suprimento de ar para suprir ar ao queimador a combustível sólido mostrado nas figuras 1A e 1B.

[0064] A figura 3 é uma vista seccional transversal vertical mostrando um exemplo de configuração de uma caldeira a combustível sólido (caldeira a carvão) de acordo com a presente invenção.

[0065] A figura 4 é uma vista seccional transversal (horizontal) da figura 3.

[0066] A figura 5 é um diagrama explanatório mostrando, em esboço, a caldeira a combustível sólido que é provida com uma seção de injeção de ar adicional e em que ar é injetado em multiestágios.

[0067] A figura 6A é uma vista mostrando um exemplo da forma seccional transversal de um elemento divisor no queimador a combustível sólido mostrado nas figuras 1A e 1B.

[0068] A figura 6B é uma vista mostrando uma primeira modificação da forma seccional transversal mostrada na figura 6A.

[0069] A figura 6C é uma vista mostrando uma segunda modificação da forma seccional transversal mostrada na figura 6A.

[0070] A figura 6D é uma vista mostrando uma terceira modificação da forma seccional transversal mostrada na figura 6A.

[0071] A figura 7A é uma vista frontal mostrando uma primeira modificação de um orifício primário de carvão do queimador a combustível sólido mostrado nas figuras 1A e 1B, em que o arranjo de elementos divisores é diferente.

[0072] A figura 7B é um diagrama explanatório para suplementar a definição de comprimento da superfície de ignição (Lf) do orifício primário de carvão do queimador a combustível sólido mostrado nas figuras 1A e 1B.

[0073] A figura 8 é uma vista frontal mostrando uma segunda modificação do orifício primário de carvão do queimador a combustível sólido mostrado nas figuras 1A e 1B, em que o arranjo dos elementos divisores é diferente.

[0074] A figura 9 é uma vista seccional transversal vertical mostrando um exemplo de configuração em que um mecanismo de ajuste de fluxo é provido em uma base do queimador, como uma terceira modificação do queimador a combustível sólido da primeira modalidade.

[0075] A figura 10A é uma vista seccional transversal vertical mostrando um queimador a combustível sólido de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção.

[0076] A figura 10B é uma vista frontal do queimador a combustível sólido mostrado na figura 10A, visto de dentro do forno.

[0077] A figura 10C é um diagrama mostrando um sistema de suprimento de ar para suprir ar ao queimador a combustível sólido mostrado nas figuras 10A e 10B.

[0078] A figura 11A é uma vista seccional transversal vertical mostrando um exemplo de configuração do queimador a combustível sólido provido com um elemento divisor, como uma primeira modificação do queimador a combustível sólido mostrado nas figuras 10A a 10C.

[0079] A figura 11B é uma vista frontal do queimador a combustível sólido mostrado na figura 10A, visto de dentro do forno.

[0080] A figura 12 é uma vista frontal do queimador a combustível sólido provido com orifícios de ar secundário laterais, visto de dentro do forno, como uma segunda modificação do queimador a combustível sólido mostrado nas figuras 10A a 10C.

[0081] A figura 13 é uma vista seccional transversal vertical mostrando um exemplo de configuração em que um orifício de injeção de ar secundário do queimador a combustível sólido mostrado na figura 10A é provido com um mecanismo de ajuste do ângulo.

[0082] A figura 14 é um diagrama mostrando uma modificação do sistema de suprimento de ar mostrado na figura 10C.

[0083] A figura 15 é uma vista seccional transversal vertical de um queimador a combustível sólido, mostrando um exemplo de configuração em que a terceira modificação da primeira modalidade, mostrada na figura 9, e a segunda modalidade, mostrada nas figuras 10A a 10C, são combinadas.

[0084] A figura 16 é uma vista frontal de um queimador a combustível sólido adequado para uso em uma caldeira de queima de parede, visto de dentro do forno.

[0085] A figura 17 é um gráfico de um resultado experimental mostrando o relacionamento entre uma posição do estabilizador de chama em estabilização de chama interna (posição do estabilizador de chama/largura de fluxo de carvão pulverizado real) e a quantidade de NOx produzida (valor relativo).

[0086] A figura 18 mostra vistas de exemplos comparativos de um queimador de combustível, para explicar a posição do estabilizador de chama indicado no gráfico mostrado na figura 17.

[0087] A figura 19 é um gráfico de um resultado experimental mostrando o relacionamento entre ocupação dividida e a quantidade de NOx produzida (valor relativo).

[0088] A figura 20 é um gráfico de um resultado experimental mostrando valores relativos das quantidades de combustível não queimado produzidas com divisão em uma direção e com divisão cruzada.

[0089] A figura 21 é um gráfico de um resultado experimental mostrando valores relativos das quantidades de NOx produzidas em uma seção do queimador, em uma região entre a seção do queimador e uma seção AA, e na seção AA, comparando uma tecnologia convencional e a presente invenção.

[0090] A figura 22 é um gráfico de um resultado experimental mostrando o relacionamento entre a razão de ar na região entre a seção do queimador e a seção AA e a quantidade de NOx produzida (valor relativo), comparando uma tecnologia convencional e a presente invenção.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES

[0091] Um queimador a combustível sólido e uma caldeira a combustível sólido de acordo com uma modalidade da presente invenção serão descritos a seguir com base nos desenhos. Note que, nesta modalidade, como um exemplo do queimador a combustível sólido e da caldeira a combustível sólido, será descrita uma caldeira de queima tangencial provida com queimadores a combustível sólido que usa carvão pulverizado (carvão combustível sólido pulverizado) como combustível, mas a presente invenção não está limitada a isto.

[0092] Uma caldeira de queima tangencial 10 mostrada nas figuras 3 a 5 injetam ar em um forno 11 em multiestágios para tornar uma região de uma seção do queimador 12 até uma seção de injeção de ar adicional (a seguir, referida como "seção AA") 14 uma atmosfera redutora, dessa forma obtendo uma diminuição em NOx no gás de combustão exausto.

[0093] Nos desenhos, o número de referência 20 denota queimadores a combustível sólido que injetam carvão pulverizado (combustível sólido pulverizado) e ar, e o número de referência 15 denota bicos de injeção de ar adicional que injetam ar adicional. Por exemplo, como mostrado na figura 3, tubos de transferência de ar misturado de carvão pulverizado 16 que transferem carvão pulverizado pelo ar primário e um duto de suprimento de ar 17 que supre ar secundário são conectados nos queimadores a combustível sólido 20, e o duto de suprimento de ar 17, que supre ar secundário, é conectado nos bicos de injeção de ar adicional 15.

[0094] Desta maneira, a caldeira de queima tangencial supradescrita 10 emprega um sistema de queima tangencial em que os queimadores a combustível sólido 20, que injetam carvão pulverizado (carvão), que serve como combustível pulverizado, e ar no forno 11, são dispostos nas respectivas porções de canto em cada estágio para constituir a seção do queimador do tipo queima tangencial 12, e uma ou mais chamas em turbilhão são formadas em cada estágio.

Primeira modalidade

[0095] O queimador a combustível sólido 20 mostrado nas figuras 1A e 1B inclui um queimador de carvão pulverizado (queimador de combustível) 21 que injeta carvão pulverizado e ar e orifícios de injeção de ar secundário 30 que são dispostos acima e abaixo do queimador de carvão pulverizado 21.

[0096] A fim de permitir ajuste do fluxo de ar em cada orifício, os orifícios de injeção de ar secundário 30 são providos com registros de ar 40 que podem ajustar os graus de abertura dos mesmos, como dispositivo de ajuste do fluxo de ar, em cada linha de suprimento de ar secundário ramificada do duto de suprimento de ar 17, como mostrado na figura 2, por exemplo.

[0097] O queimador de carvão pulverizado supradescrito 21 inclui um orifício primário de carvão retangular 22 que injeta carvão pulverizado transferido pelo ar primário e um orifício de carvão secundário 23 que é provido de maneira a envolver o orifício primário de carvão 22 e que injeta parte de ar secundário. Note que o orifício de carvão secundário 23 é também provido com um registro de ar 40 que pode ajustar o grau de abertura do mesmo, como dispositivo de ajuste do fluxo de ar, como mostrado na figura 2. Note que o orifício primário de carvão 22 pode ter uma forma circular ou uma forma elíptica.

[0098] Em uma parte dianteira do trajeto de fluxo do queimador de carvão pulverizado 21, especificamente, em uma parte dianteira do trajeto de fluxo do orifício primário de carvão 22, elementos divisores 24 são arranjados em uma pluralidade de direções. Por exemplo, como mostrado na figura 1A, um total de quatro elementos divisores 24 é arranjado, dois verticalmente e dois horizontalmente, em um padrão tipo grade com uma folga predeterminada entre eles em uma abertura de saída do orifício primário de carvão 22.

[0099] Em outras palavras, os quatro elementos divisores 24 são arranjados em duas diferentes direções, ou seja, as direções vertical e horizontal, em um padrão tipo grade, dessa forma dividindo a abertura de saída do orifício primário de carvão 22 do queimador de carvão pulverizado 21 em nove porções.

[00100] Quando os elementos divisores supradescritos 24 empregam as formas seccionais transversais mostradas nas figuras 6A a 6D, por exemplo, o fluxo de carvão pulverizado e ar pode ser suavemente dividido e perturbado.

[00101] O elemento divisor 24 mostrado na figura 6A tem uma forma triangular em seção transversal. A forma triangular mostrada na figura é um triângulo equilátero ou um triângulo isósceles, e um lado deste posicionado na saída voltada para dentro do forno 11 é localizado de maneira a ficar aproximadamente perpendicular à direção de fluxo de carvão pulverizado e ar. Em outras palavras, um dos ângulos que constituem a forma triangular em seção transversal fica voltado para a direção de fluxo de carvão pulverizado e ar.

[00102] Um elemento divisor 24A mostrado na figura 6B tem uma forma aproximadamente de T em seção transversal, e uma superfície do mesmo que é aproximadamente perpendicular à direção de fluxo de carvão pulverizado e ar é localizada na saída voltada para dentro do forno 11. Note que esta forma aproximadamente de T em seção transversal pode ser deformada para formar um elemento divisor 24A' com uma forma trapezoidal em seção transversal, como mostrado na figura 6C, por exemplo.

[00103] Adicionalmente, um elemento divisor 24B mostrado na figura 6D tem aproximadamente a forma de L em seção transversal. Especificamente, ele tem uma forma em seção transversal obtida cortando uma parte da forma aproximadamente de T supradescrita. Em particular, em um caso onde o elemento divisor 24B é disposto em uma direção direita e esquerda (horizontal), se o elemento divisor 24B tiver uma forma aproximadamente em de L obtida removendo-se uma porção saliente superior aproximadamente em forma de T supradescrita, é possível impedir que carvão pulverizado se acumule no elemento divisor 24B. Note que, quando uma porção saliente inferior do mesmo é ampliada em uma quantidade igual à porção saliente superior removida, o desempenho de divisão necessário para o elemento divisor 24B pode ser garantido.

[00104] Entretanto, as formas seccionais transversais supradescrita dos elementos divisores 24 etc. não estão limitadas aos exemplos mostrados nas figuras; elas podem ser uma forma aproximadamente de Y, por exemplo.

[00105] No queimador a combustível sólido assim configurado 20, os elementos divisores 24 dispostos perto do centro da abertura de saída do queimador de carvão pulverizado 21 dividem o trajeto de fluxo de carvão pulverizado e ar para perturbar o seu fluxo, formando uma região de recirculação na frente dos elementos divisores 24, dessa forma que serve como um mecanismo de estabilização de chama interno.

[00106] Em geral, em um queimador a combustível sólido convencional, carvão pulverizado, que serve como combustível, é inflamado ao receber radiação na circunferência externa da chama. Quando o carvão pulverizado é inflamado na circunferência externa da chama, NOx é produzido em uma região com oxigênio remanescente de alta temperatura H (vide figura 1B) na circunferência externa da chama onde oxigênio a alta temperatura permanece, e permanece insuficientemente reduzida, aumentando assim a quantidade de emissão de NOx.

[00107] Entretanto, uma vez que são providos os elementos divisores 24 que servem como o mecanismo de estabilização de chama interno, o carvão pulverizado é inflamado na chama. Assim, NOx é produzido na chama e é rapidamente reduzido na chama, que é deficiente em ar, em virtude de o NOx produzido na chama conter muitos tipos de hidrocarbonetos com uma ação redutora. Portanto, uma vez que o queimador a combustível sólido 20 é estruturado de maneira tal que estabilização de chama realizada pela disposição de um estabilizador de chama na circunferência externa de chama não é empregado, em outras palavras, de maneira tal que um mecanismo de estabilização de chama não é disposto na circunferência externa do queimador, é também possível suprimir a produção de NOx na circunferência externa da chama.

[00108] Em particular, uma vez que os elementos divisores 24 são arranjados em uma pluralidade de direções, partes cruzadas nas quais os elementos divisores 24 arranjados nas diferentes direções se cruzam são facilmente providos perto do centro da abertura de saída do queimador de carvão pulverizado 21. Quando tais partes cruzadas são providas perto do centro da abertura de saída do queimador de carvão pulverizado 21, o trajeto de fluxo de carvão pulverizado e ar é dividido em uma pluralidade de trajetos perto do centro da abertura de saída do queimador de carvão pulverizado 21, dessa forma perturbando o seu fluxo quando o fluxo é dividido em uma pluralidade de fluxos.

[00109] Especificamente, se os elementos divisores 24 forem arranjados em uma direção horizontal, difusão de ar e ignição em uma porção central são atrasadas, causando um aumento na quantidade de combustível não queimado; entretanto, se os elementos divisores 24 forem arranjados em uma pluralidade de direções para formar as partes cruzadas, a mistura de ar é facilitada, e a superfície de ignição é dividida, dessa forma facilitando ao ar (oxigênio) ir para a porção central da chama, resultando em uma diminuição na quantidade de combustível não queimado.

[00110] Em outras palavras, quando os elementos divisores 24 são arranjados de maneira a formar as partes cruzadas, a mistura e difusão de ar são facilitadas mesmo dentro da chama e, adicionalmente, a superfície de ignição é dividida, dessa forma fazendo a posição de ignição ficar próxima da porção central (porção central axial) da chama e diminuindo a quantidade de carvão pulverizado não queimado. Especificamente, uma vez que fica fácil para oxigênio entrar na porção central da chama, a ignição interna é efetivamente realizada e, assim, ocorre rápida redução na chama, diminuindo a quantidade de NOx produzida.

[00111] Em decorrência disto, torna-se mais fácil suprimir a produção de NOx na circunferência externa da chama usando o queimador a combustível sólido 20 que não emprega estabilização de chama realizada por um estabilizador de chama disposto na circunferência externa da chama e que não tem estabilizador de chama na circunferência externa da chama.

[00112] Em seguida, uma primeira modificação do orifício primário de carvão 22 do queimador a combustível sólido 20, mostrado na figura 1A, será descrita com base nas figuras 7A e 7B, em que o arranjo dos elementos divisores 24 é diferente.

[00113] Nesta modificação, na parte dianteira do trajeto de fluxo do orifício primário de carvão 22, dois elementos divisores 24 são arranjados na direção vertical da sua abertura de saída, e um elemento divisor 24 é arranjado na direção horizontal da sua abertura de saída.

[00114] Os elementos divisores 24 mostrados nas figuras são estruturados de maneira tal que o comprimento da superfície de ignição (Lf) constituído pelos elementos divisores 24 seja maior que o comprimento circunferencial da abertura de saída (L) do orifício primário de carvão 22 que constitui o queimador de carvão pulverizado 21 (Lf > L).

[00115] Aqui, uma vez que o comprimento circunferencial da abertura de saída (L) do orifício primário de carvão 22 é a soma dos comprimentos de quatro lados que constituem o retângulo, ele é expresso por L = 2H + 2W, onde H indica a dimensão vertical, e W indica a dimensão horizontal.

[00116] Por outro lado, uma vez que cada elemento divisor 24, que tem uma certa largura, tem superfícies de ignição em ambos os lados, o comprimento da superfície de ignição (Lf) dos elementos divisores 24, que é o comprimento total de ambos os lados de cada qual dos três elementos divisores 24, é expresso por Lf = 6S, onde S indica o comprimento do elemento divisor 24. Neste caso, uma vez que o comprimento do elemento divisor menor 24 que é arranjado na direção vertical é usado como o comprimento S, o comprimento calculado da superfície de ignição (Lf) é um valor estimado errando no lado seguro, mesmo se a presença das partes cruzadas for levada em conta.

[00117] Note que, quando se calcula o comprimento da superfície de ignição (Lf), se um elemento divisor 24' que é estruturado para ter partes estreitas 24a em ambas extremidades por causa de um método de fabricação do elemento divisor ou similares ser usado, como mostrado na figura 7B, por exemplo, as partes estreitas 24a em ambas as extremidades são também consideradas parte da superfície de ignição.

[00118] Quando o comprimento do elemento divisor 24 é especificado da maneira supradescrita, a superfície de ignição determinada pelo comprimento da superfície de ignição (Lf) é maior que a usada em ignição realizada na circunferência externa da chama. Portanto, comparada com a ignição realizada na circunferência externa da chama determinada pelo comprimento circunferencial da abertura de saída (L), ignição interna determinada pelo comprimento da superfície de ignição (Lf) é intensificada, permitindo dessa forma rápida redução de NOx produzido na chama.

[00119] Adicionalmente, uma vez que os elementos divisores 24 dividem a chama, fica fácil para o ar (oxigênio) ir para a porção central da chama e, assim, rápida combustão na chama pode diminuir a quantidade de combustível não queimado.

[00120] Em seguida, uma segunda modificação do orifício primário de carvão 22 do queimador a combustível sólido 20, mostrado na figura 1A, será descrita com base na figura 8, em que o arranjo dos elementos divisores 24 é diferente.

[00121] Nesta modificação, cinco elementos divisores 24 são dispostos em um padrão tipo grade densamente no centro da abertura de saída do orifício primário de carvão 22 do queimador de combustível 21. Especificamente, os elementos divisores 24, três dos quais são arranjados na direção vertical e dois dos quais são arranjados na direção horizontal, são dispostos com as folgas entre eles sendo estreitadas no centro do orifício primário de carvão 22. Portanto, porções centrais da abertura de saída do orifício primário de carvão 22, divididas pelos elementos divisores 24, têm áreas menores que outras porções no seu lado circunferencial externo.

[00122] Desta maneira, quando os elementos divisores 24, que servem como o mecanismo de estabilização de chama interno, são arranjados densamente no centro do orifício primário de carvão 22, os elementos divisores 24 são concentrados na porção central do queimador de carvão pulverizado 21, dessa forma facilitando adicionalmente ignição na porção central da chama para rapidamente produzir e reduzir NOx na chama.

[00123] Adicionalmente, quando os elementos divisores 24 são arranjados densamente no centro, a área desocupada na parte central do queimador de carvão pulverizado 21 é diminuída. Especificamente, uma vez que a razão de carvão pulverizado e ar que passa pela área seccional transversal de um trajeto de fluxo que é praticamente reta sem nenhum obstáculo com relação aos que escoam no orifício primário de carvão 22 do queimador de carvão pulverizado 21 é diminuída, a perda de pressão nos elementos divisores 24 é relativamente aumentada. Portanto, no queimador de combustível 21, uma vez que a velocidade de fluxo de carvão pulverizado e ar que escoam no orifício primário de carvão 22 é diminuída pela influência de um aumento na perda de pressão, pode-se realizar uma ignição mais rápida.

[00124] Em seguida, um exemplo de configuração de acordo com uma terceira modificação do orifício primário de carvão 22 do queimador a combustível sólido 20, mostrado na figura 1A, será descrito com base na figura 9, em que um mecanismo de ajuste de fluxo é provido em uma base do queimador. Note que o exemplo de configuração mostrado na figura emprega os elementos divisores 24A com uma forma aproximadamente de T em seção transversal, mas a sua forma não está limitada a esta.

[00125] Neste exemplo de configuração, a fim de aplicar a perda de pressão a um fluxo de carvão pulverizado e ar, um mecanismo de ajuste de fluxo 25 é provido em um lado à montante dos elementos divisores 24A. O mecanismo de ajuste de fluxo 25 impede desvio de vazão em uma direção da seção transversal do orifício, e é efetivo dispor um orifício ou um venturi que pode restringir a área seccional transversal do trajeto de fluxo para aproximadamente 2/3, preferivelmente aproximadamente 1/2, por exemplo.

[00126] O mecanismo de ajuste de fluxo 25 pode ter qualquer estrutura, desde que ele possa aplicar uma certa perda de pressão em um fluxo de transferência de pó que transfere carvão pulverizado, que serve como combustível, pelo ar primário e, portanto, o mecanismo de ajuste de fluxo 25 não está limitado a um orifício.

[00127] Adicionalmente, o mecanismo de ajuste de fluxo supradescrita 25 não é necessariamente formado como uma parte do queimador a combustível sólido 20 e precisa apenas ser disposto, no lado à montante do elemento divisor 24A, em uma porção de tubo reta final (porção de trajeto de fluxo direto sem um suspiro, um registro de ar, etc.) no trajeto de fluxo em que carvão pulverizado e ar primário escoam.

[00128] Quando o mecanismo de ajuste de fluxo 25 é um orifício, é preferível prover uma porção de tubo reta (Lo) que estende-se da extremidade de saída do orifício até a saída do orifício primário de carvão 22, especificamente, até as extremidades de entrada dos elementos divisores 24A, a fim de eliminar a influência do orifício. É necessário garantir que o comprimento da porção de tubo reta (Lo) seja pelo menos 2h ou mais, onde h indica a altura do orifício primário de carvão 22 e, mais preferivelmente, que o comprimento da porção de tubo reta (Lo) seja 10h ou mais.

[00129] Quando este mecanismo de ajuste de fluxo 25 é provido, é possível eliminar desvio de vazão em que um desequilíbrio é causado na distribuição em uma seção transversal do trajeto de fluxo quando carvão pulverizado, que serve como combustível pulverizado, é influenciado por uma força centrífuga depois de passar por um suspiro provido no trajeto de fluxo para suprir o carvão pulverizado e ar primário ao orifício primário de carvão 22.

[00130] Especificamente, embora o carvão pulverizado transferido pelo o ar primário tenha, depois de passar pelo suspiro, um desvio de distribuição para fora (na direção de aumento do diâmetro do suspiro), quando o carvão pulverizado passa pelo mecanismo de ajuste de fluxo 25, a distribuição em uma seção transversal do trajeto de fluxo é eliminada, e o carvão pulverizado escoa para os elementos divisores 24A de forma praticamente uniforme. Em decorrência disto, o queimador de carvão pulverizado 21 com o mecanismo de ajuste de fluxo 25 pode efetivamente utilizar o mecanismo de estabilização de chama interno constituído pelos elementos divisores 24A.

[00131] Adicionalmente, na modalidade e suas modificações supradescritas, os elementos divisores 24 são arranjados em uma pluralidade de direções (vertical e horizontal) na parte dianteira do trajeto de fluxo do orifício primário de carvão 22; entretanto, um ou mais elementos divisores 24 podem ser providos na direção horizontal ou na direção vertical. Quando tais elementos divisores 24 são providos, uma vez que eles funcionam como o mecanismo de estabilização de chama interno perto do centro da abertura de saída do queimador de carvão pulverizado 21, a estabilização de chama interna pode ser realizada pelos elementos divisores 24, e a porção central torna-se mais deficiente em ar, facilitando assim redução de NOx.

Segunda modalidade

[00132] Em seguida, um queimador a combustível sólido de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção será descrita com base nas figuras 10A a 10C. Note que símbolos de referência idênticos são atribuídos com os mesmos itens na modalidade supradescrita, e sua descrição detalhada será omitida.

[00133] Em um queimador a combustível sólido 20A mostrado nas figuras, o queimador de carvão pulverizado 21 inclui o orifício primário de carvão retangular 22 que injeta carvão pulverizado transferido pelo ar primário e o orifício de carvão secundário 23 que é provido de maneira a envolver o orifício primário de carvão 22 e que injeta parte de ar secundário.

[00134] Orifícios de injeção de ar secundário 30A para injetar ar secundário são providos acima e abaixo do queimador a combustível sólido 21. Os orifícios de injeção de ar secundário 30A são cada qual divididos em uma pluralidade de trajetos de fluxo e orifícios independentes, e os trajetos de fluxo são providos com os respectivos registros de ar 40 que podem ajustar os seus graus de abertura, como dispositivo de ajuste do fluxo de ar do ar secundário.

[00135] Em um exemplo de configuração mostrado nas figuras, ambos os orifícios de injeção de ar secundário 30A dispostos acima e abaixo do queimador de carvão pulverizado 21 são verticalmente divididos em três orifícios, que são orifícios de ar secundário internos 31a e 31b, orifícios de ar secundário intermediários 32a e 32b e orifícios de ar secundário externos 33a e 33b, dispostos nessa ordem do lado interno próximo ao queimador de carvão pulverizado 21 até o lado externo. Note que o número de orifícios nos quais os orifícios de injeção de ar secundário 30 são cada qual divididos não está limitado a três e pode ser adequadamente alterado de acordo com as condições.

[00136] O orifício de carvão secundário supradescrito 23, orifícios de ar secundário internos 31a e 31b, orifícios de ar secundário intermediários 32a e 32b, e orifícios de ar secundário externos 33a e 33b são cada qual conectados a uma linha de suprimento de ar 50 com uma fonte de suprimento de ar (não mostrada), como mostrado na figura 10C, por exemplo. Os registros de ar 40 são providos em trajetos de fluxo que são ramificados da linha de suprimento de ar 50 para comunicar com os respectivos orifícios. Portanto, ajustando-se o grau de abertura de cada qual dos registros de ar 40, a quantidade de ar secundário a ser suprida pode ser independentemente ajustada para cada qual dos orifícios.

[00137] Com o queimador a combustível sólido 20A e a caldeira de queima tangencial 10 que inclui o queimador a combustível sólido 20A, uma vez que cada queimador a combustível sólido 20A inclui o queimador de carvão pulverizado 21, que injeta carvão pulverizado e ar, e os orifícios de injeção de ar secundário 30A, cada qual dividido em três orifícios e disposto acima e abaixo do queimador de carvão pulverizado 21, é possível realizar distribuição de vazão de maneira tal que a quantidade de ar secundário a ser injetada na circunferência externa da chama F seja estabelecida em um valor desejado ajustando-se o grau de abertura do registro de ar 40 para cada qual dos orifícios nos quais os orifícios de injeção de ar secundário 30A são divididos.

[00138] Portanto, quando a proporção de distribuição da quantidade de ar secundário a ser injetada nos orifícios de ar secundário internos 31a e 31b, que são mais próximos da circunferência externa da chama F, é diminuída, e aquelas das quantidades de ar secundário a ser injetado nos orifícios de ar secundário intermediários 32a e 32b e nos orifícios de ar secundário externos 33a e 33b são sequencialmente aumentadas em proporção à diminuição, é possível suprimir a região com oxigênio remanescente de alta temperatura local (porção hachurada na figura) H formada na circunferência externa da chama F.

[00139] Em outras palavras, quando a proporção da quantidade de ar secundário a ser injetada em um lado externo afastado da chama F é aumentada, e a proporção da quantidade de ar secundário a ser injetada nas proximidades da circunferência externa da chama F é diminuída, a difusão de ar secundário pode ser atrasada. Em decorrência disto, a concentração de ar secundário na circunferência da chama F pode ser impedida ou eliminada e, portanto, a região com oxigênio remanescente de alta temperatura local H é enfraquecida e diminuída de tamanho, diminuindo assim a quantidade de NOx produzida na caldeira de queima tangencial 10. Em outras palavras, quando a quantidade de ar secundário a ser injetada na circunferência externa da chama F é devidamente especificada, a formação da região com oxigênio remanescente de alta temperatura H pode ser eliminada ou impedida de atingir uma diminuição na quantidade de NOx na caldeira de queima tangencial 10.

[00140] Por outro lado, quando difusão de ar secundário é necessária por causa das propriedades do carvão pulverizado ou similares, é necessário meramente inverter as proporções de distribuição para os orifícios de injeção de ar secundário 30A, especificamente, aumentar as proporções de distribuição para os orifícios de ar secundário internos 31a e 31b.

[00141] Especificamente, mesmo quando é usado carvão pulverizado obtido pela pulverização de carvão com uma razão de combustível diferente, tal como incluindo uma grande quantidade de componentes voláteis, a distribuição de vazão de ar secundário a ser injetado por cada qual dos orifícios nos quais os orifícios de injeção de ar secundário 30A são divididos é devidamente ajustada, dessa forma possibilitando selecionar a combustão apropriada tanto com uma diminuição na quantidade de NOx quanto de combustível não queimado.

[00142] A divisão dos orifícios de injeção de ar secundário 30A em uma pluralidade de orifícios para prover múltiplos estágios desta maneira pode também ser aplicada ao queimador a combustível sólido 20 anteriormente descrito na primeira modalidade.

[00143] Incidentalmente, como em uma primeira modificação desta modalidade, mostrada nas figuras 11A e 11B, por exemplo, o queimador a combustível sólido supradescrito 20A é preferivelmente provido com um elemento divisor 24 disposto em uma extremidade do bico do queimador de carvão pulverizado 21 de maneira a dividir verticalmente a área de abertura.

[00144] O elemento divisor 24 mostrado nas figuras tem uma forma triangular em seção transversal e é disposto de maneira a dividir e difundir verticalmente carvão pulverizado e ar primário que escoam no bico, dessa forma melhorando a estabilização da chama e suprimindo ou impedindo a formação da região com oxigênio remanescente de alta temperatura H.

[00145] Especificamente, quando carvão pulverizado e ar primário passam através do elemento divisor 24, um fluxo de uma alta concentração de carvão pulverizado é formado na circunferência externa do elemento divisor 24, que é efetiva para melhorar a estabilização da chama. O fluxo de uma alta concentração de carvão pulverizado formado pela passagem através de o elemento divisor 24 escoa para uma área de pressão negativa formada em um lado à jusante do elemento divisor 24, indicado pelas setas tracejadas fa na figura. Em decorrência disto, a chama F é também puxada para a área de pressão negativa por causa deste fluxo de ar, dessa forma aumentando ainda mais a estabilização da chama e assim facilitando a combustão para consumir oxigênio rapidamente.

[00146] Note que o número de elementos divisores 24 não está limitado a um e, por exemplo, uma pluralidade de elementos divisores 24 pode ser provida na mesma direção, ou uma pluralidade de elementos divisores 24 pode ser provida em diferentes direções, como descrito na primeira modalidade. Adicionalmente, a forma seccional transversal do elemento divisor 24 pode ser devidamente modificada.

[00147] Além disso, como em uma segunda modificação desta modalidade, mostrada na figura 12, por exemplo, o queimador a combustível sólido supradescrito 20A é preferivelmente provido com um ou mais orifícios de ar secundário laterais 34R e um ou mais orifícios de ar secundário laterais 34L nos lados direito e esquerdo do queimador de carvão pulverizado 21. Em um exemplo de configuração mostrado na figura, um orifício de ar secundário lateral 34R e um orifício de ar secundário lateral 34L, que são cada qual providos com um registro de ar (não mostrado), são providos nos lados direito e esquerdo do queimador de carvão pulverizado 21; mas eles podem ser cada qual divididos em uma pluralidade de orifícios cuja vazão pode ser controlada.

[00148] Com esta configuração, ar secundário pode também ser distribuído nos lados direito e esquerdo da chama F, dessa forma impedindo ar secundário excessivo nos lados superior e inferior da chama F. Em outras palavras, a distribuição da quantidade de ar secundário a ser injetada nos lados superior e inferior e nos lados direito e esquerdo da circunferência externa da chama F pode ser devidamente ajustada, dessa forma permitindo uma distribuição de vazão mais precisa.

[00149] Esses orifícios de ar secundário laterais 34L e 34R podem também ser aplicados na primeira modalidade supradescrita.

[00150] Adicionalmente, na caldeira de queima tangencial supradescrita 10, o orifício de injeção de ar secundário 30A é preferivelmente provido com um mecanismo de ajuste do ângulo que muda verticalmente a direção de injeção de ar secundário para dentro do forno 11, como mostrado na figura 13, por exemplo. O mecanismo de ajuste do ângulo muda verticalmente o ângulo de inclinação θ do orifício de injeção de ar secundário 30A em relação a uma posição nivelada e facilita a difusão de ar secundário, impedindo ou suprimindo a formação da região com oxigênio remanescente de alta temperatura H. Note que, neste caso, um ângulo de inclinação adequado θ é aproximadamente ±30 graus, e um ângulo de inclinação mais desejável θ é ±15 graus.

[00151] Com este mecanismo de ajuste do ângulo, uma vez que o ângulo no qual ar secundário é injetado pelo orifício de injeção de ar secundário 30A em direção à chama F no forno 11 pode ser ajustado, a difusão de ar no forno 11 pode ser mais precisamente controlada. Em particular, em um caso onde o tipo de carvão pulverizado combustível é significativamente alterado, se o ângulo de injeção de ar secundário for adequadamente alterado, o efeito de diminuição de NOx pode ser melhorado ainda mais.

[00152] Este mecanismo de ajuste do ângulo pode também ser aplicado na primeira modalidade supradescrita.

[00153] Adicionalmente, na caldeira de queima tangencial supradescrita 10, é preferível que a distribuição das quantidades de ar a ser injetado pelos orifícios de injeção de ar secundário 30A seja ajustada através do controle de realimentação dos graus de abertura dos registros de ar 40, com base nas quantidades de combustível não queimado e emissão de NOx.

[00154] Especificamente, na caldeira de queima tangencial 10, quando a quantidade de combustível não queimado é alta, a distribuição de ar secundário nos orifícios de ar secundário internos 31a e 31b, que estão próximos da superfície circunferencial externa da chama F, é aumentada; e, quando a quantidade de emissão de NOx é alta, a distribuição de ar secundário nos orifícios de ar secundário externos 33a e 33b, que estão distantes da superfície circunferencial externa da chama F, é aumentada.

[00155] Neste caso, um instrumento para medir a concentração de carbono a partir da dispersão de luz laser pode ser usado para medir a quantidade de combustível não queimado, e um instrumento de medição conhecido pode ser usado para medir a quantidade de emissão de NOx.

[00156] Quando este controle de realimentação é realizado, a caldeira de queima tangencial 10 pode automaticamente otimizar a distribuição de ar secundário de acordo com o estado de combustão.

[00157] Adicionalmente, na caldeira de queima tangencial supradescrita 10, as quantidades de ar secundário a ser injetadas pelos orifícios de injeção de ar secundário 30A são preferivelmente distribuídas entre injeções multiestágios, que torna uma região da seção do queimador 12 até a seção AA 14 a atmosfera redutora.

[00158] Especificamente, a quantidade de ar secundário a ser injetada pelos orifícios de injeção de ar secundário 30A, que são cada qual divididos em uma pluralidade de orifícios, pode ser diminuída usando combustão de dois estágios em que ar é também injetado pela seção AA 14 em multiestágios. Portanto, a quantidade de NOx produzida pode ser diminuída ainda mais por causa da sinergia entre a diminuição em NOx através da supressão da região com oxigênio remanescente de alta temperatura H formada na circunferência externa da chama F e uma diminuição em NOx no gás de combustão exausto, causados pela provisão da atmosfera redutora.

[00159] Desta maneira, de acordo com a caldeira de queima tangencial supradescrita 10 da presente invenção, uma vez que a quantidade de ar secundário a ser injetada pelos orifícios de injeção de ar secundário 30A que são cada qual divididos em uma pluralidade de orifícios é ajustada para cada qual dos orifícios, é possível impedir ou suprimir a concentração de ar secundário na circunferência externa da chama F, e assim suprimir a região com oxigênio remanescente de alta temperatura H formada na circunferência externa da chama F, diminuindo assim a quantidade de NOx produzida.

[00160] Nas modalidades supradescritas, embora tenha sido feita uma descrição da caldeira de queima tangencial 10, em que ar é injetado em multiestágios para tornar a região da seção do queimador 12 até a seção AA 14 a atmosfera redutora, a presente invenção não está limitada a isto.

[00161] Adicionalmente, como mostrado na figura 14, por exemplo, no queimador a combustível sólido supradescrito 20A, é preferível separar um sistema para suprir ar ao orifício de carvão secundário 23 do queimador de carvão pulverizado 21 de um sistema para suprir ar aos orifícios de injeção de ar secundário 30A. Em um exemplo de configuração mostrado na figura, a linha de suprimento de ar 50 é dividida em uma linha de suprimento do orifício secundário de carvão 51 e uma linha de suprimento do orifício de injeção de ar secundário 52, e as linhas de suprimento 51 e 52 são providas com registros de ar 41.

[00162] Com tais sistemas de suprimento de ar, é possível distribuir a quantidade de ar ajustando-se o grau das aberturas dos respectivos registros de ar 41 para a linha de suprimento do orifício secundário de carvão 51 e a linha de suprimento do orifício de injeção de ar secundário 52 e ajustar adicionalmente a quantidade de ar para cada qual orifício ajustando-se o grau de abertura de cada qual dos registros de ar 40. Em decorrência disto, a quantidade de ar para cada orifício pode ser confiavelmente ajustada mesmo quando os orifícios de injeção de ar secundário 30A forem cada qual divididos em uma pluralidade de orifícios para prover múltiplos estágios.

[00163] A primeira e segunda modalidades supradescritas não estão limitadas ao uso separado, mas podem também ser usadas em combinação.

[00164] Em um queimador a combustível sólido 20B mostrado na figura 15, ambos os orifícios de injeção de ar secundário 30A dispostos acima e abaixo do queimador de carvão pulverizado 21 mostrado na figura 9 são cada qual divididos em três orifícios na direção vertical. Especificamente, o queimador a combustível sólido 20B mostrado na figura tem uma configuração exemplar em que a estabilização de chama interna realizada pelos elementos divisores 24 e o mecanismo de ajuste de fluxo 25 é combinada com os orifícios de injeção de ar secundário multiestágios 30A.

[00165] Uma vez que o queimador a combustível sólido assim configurado 20B pode diminuir a quantidade de NOx através da estabilização de chama interna e também pode ajustar a velocidade de difusão de ar secundário para otimizar a difusão de ar na chama, a quantidade necessária de ar para combustão de componentes voláteis e alcatrão pode ser suprida em um momento apropriado. Em outras palavras, realizando-se a estabilização de chama interna e o ajuste da velocidade de difusão de ar secundário, uma diminuição adicional na quantidade de NOx pode ser alcançada por causa da sinergia dos dois.

[00166] Note que a forma seccional transversal e o arranjo dos elementos divisores 24, a presença ou ausência do mecanismo de ajuste de fluxo 25, a contagem de divisão do orifício de injeção de ar secundário 30A, e a presença ou ausência dos orifícios de ar secundário laterais 34L e 34R não estão limitados àqueles nas configurações mostradas nas figuras, e uma configuração na qual os itens supradescritos são devidamente selecionados e combinados pode ser usada.

[00167] Adicionalmente, na modalidade e nas modificações em que os orifícios de injeção de ar secundário multiestágios 30A são usados, alguns dos orifícios de injeção de ar secundário 30A podem ser usados como orifícios de óleo.

[00168] Especificamente, em uma caldeira a combustível sólido tal como a caldeira de queima tangencial 10, uma operação realizada usando gás ou óleo como combustível é necessária para dar partida na caldeira, exigindo assim um queimador de óleo para injetar óleo no forno 11. Então, em um período de partida que exige o queimador de óleo, os orifícios de ar secundário externos 33a e 33b dos orifícios de injeção de ar secundário multiestágios 30A são temporariamente usados como orifícios de óleo, por exemplo, e assim é possível diminuir o número de orifícios usados no queimador a combustível sólido, reduzindo altura da caldeira.

[00169] Em seguida, será descrito um queimador a combustível sólido adequado para uso em uma caldeira de queima de parede com referência à figura 16.

[00170] Em um queimador a combustível sólido 20C mostrado na figura, um orifício de injeção de ar secundário 30B que inclui uma pluralidade de orifícios concêntricos é provido na circunferência externa de um orifício primário de carvão 22A com uma forma circular em seção transversal. O orifício de injeção de ar secundário 30B mostrado na figura é constituído de dois estágios, isto é, um orifício de injeção de ar secundário interno 31 e um orifício de injeção de ar secundário externo 33, mas a configuração do orifício de injeção de ar secundário 30B não está limitada a esta.

[00171] Adicionalmente, um total de quatro elementos divisores 24 em duas diferentes direções (vertical e horizontal) é arranjado em um padrão tipo grade no centro da saída do orifício primário de carvão 22A. Note que o número dos elementos divisores 24, o seu arranjo e a forma seccional transversal destes descritos na primeira modalidade podem ser aplicados aos elementos divisores 24 usados neste caso.

[00172] Uma vez que o queimador a combustível sólido o assim configurado 20C supre gradualmente ar secundário, ele não provê atmosfera redutora excessiva, mas em geral provê uma chama curta e uma forte atmosfera redutora, diminuindo assim corrosão de sulfeto, etc. causada pelo sulfeto de hidrogênio produzido.

[00173] Desta maneira, nos queimadores a combustível sólido das modalidades e modificações supradescrita, uma vez que os elementos divisores arranjados em uma pluralidade de direções que funcionam como o mecanismo de estabilização de chama interno são providos na abertura de saída do queimador de carvão pulverizado, o trajeto de fluxo de combustível pulverizado e ar é dividido para perturbar o seu fluxo, nas proximidades do centro da abertura de saída do queimador de combustível onde os elementos divisores se cruzam. Uma vez que esta perturbação facilita a mistura e difusão de ar uniforme na chama e, adicionalmente, os elementos divisores dividem a superfície de ignição para facilitar para o oxigênio entrar na porção central da chama, a posição de ignição fica próxima do centro da chama, diminuindo a quantidade de combustível não queimado. Especificamente, uma vez que ignição interna é efetivamente realizada usando oxigênio na porção central da chama, a redução se dá rapidamente na chama e, em decorrência disto, a quantidade de NOx produzida eventualmente emitido pela caldeira a combustível sólido com o queimador a combustível sólido é diminuída.

[00174] Adicionalmente, quando os orifícios de injeção de ar secundário são feitos para prover múltiplos estágios para ajustar a injeção de ar secundário, a concentração do ar secundário na circunferência externa da chama pode ser impedida ou eliminada, suprimindo assim a região com oxigênio remanescente de alta temperatura formada na circunferência externa da chama, diminuindo a quantidade de óxido de nitrogênio (NOx) produzida.

[00175] Adicionalmente, uma vez que o queimador a combustível sólido e a caldeira a combustível sólido com o queimador a combustível sólido de acordo com a presente invenção podem realizar ignição poderosa na chama e podem aumentar a razão de ar na seção do queimador, é possível diminuir a taxa de ar em excesso em toda a caldeira para aproximadamente 1,0 a 1,1, levando assim a um efeito de melhoria da eficiência da caldeira. Note que um queimador a combustível sólido convencional e uma caldeira a combustível sólido convencional são normalmente operadas a uma taxa de ar em excesso de aproximadamente 1,15, e assim a razão de ar pode ser diminuída em aproximadamente 0,05 a 0,15.

[00176] As figuras 17 a 22 são gráficos de resultados experimentais mostrando vantagens da presente invenção.

[00177] A figura 17 é um gráfico de um resultado experimental mostrando o relacionamento entre uma posição do estabilizador de chama na estabilização de chama interna e a quantidade de NOx produzida (valor relativo). Neste caso, a largura (altura) dos elementos divisores 24A que funcionam como um estabilizador de chama está indicada pela posição do estabilizador de chama a, e a largura de um trajeto de fluxo em que carvão pulverizado realmente escoa é indicada pela largura de fluxo de carvão pulverizado real b, nos exemplos comparativos mostrados na figura 18. No gráfico, "a/b"está indicado no eixo horizontal, e o valor relativo da quantidade de NOx produzida está indicado no vertical eixo. Note que, embora o elemento divisor 24A mostrado na figura 6B seja empregado na figura 18, o tipo de elemento divisor não está limitado a este.

[00178] Neste experimento, as quantidades de NOx produzidas no exemplo comparativo 1 (a/b = 0,77) e exemplo comparativo 2 (a/b = 0,4) foram medidas com a mesma velocidade de fluxo de ar primário e carvão pulverizado, a mesma velocidade de fluxo de ar secundário, e a mesma distribuição de ar entre ar primário e ar secundário.

[00179] Aqui, no orifício primário de carvão 22 usado no Exemplo comparativo 1, um núcleo invertido 26 que serve como um obstáculo é disposto no trajeto de fluxo e, portanto, carvão pulverizado escoa para fora com uma largura b que casa aproximadamente com a largura da parede interna do núcleo invertido 26. Por outro lado, no orifício primário de carvão 22 usado no exemplo comparativo 2, carvão pulverizado escoa ao longo da parede interna de um trajeto de fluxo sem obstáculos e escoa para fora com uma largura b que casa aproximadamente com a largura do trajeto de fluxo. Portanto, mesmo com a mesma posição do estabilizador de chama a e o mesmo diâmetro interna dos orifícios de carvão primário 22, a presença ou ausência de um obstáculo causa uma diferença na largura de fluxo de carvão pulverizado real b, que é o denominador e, em decorrência disto, a quantidade de NOx produzida é diferente.

[00180] Em outras palavras, o resultado experimental mostrado na figura 17 indica que, quando a razão (a/b) da largura a dos elementos divisores para a largura de fluxo de carvão pulverizado real b é estabelecida em aproximadamente 75% ou menos, a quantidade de NOx produzida é diminuída.

[00181] Especificamente, de acordo com este resultado experimental, entende-se que, quando a razão (a/b) da largura um dos elementos divisores para a largura de fluxo de carvão pulverizado real b é diminuída de 0,77 para 0,4, o valor relativo da quantidade de NOx produzida é diminuído para 0,75, levando a uma diminuição de aproximadamente 25%. Em outras palavras, entende-se que, otimizando-se a largura de um dos elementos divisores que funciona como o mecanismo de estabilização de chama interno é efetiva para diminuir NOx no queimador a combustível sólido e na caldeira a combustível sólido.

[00182] Neste momento, se ocorrer flutuações quando o mecanismo de ajuste de fluxo 25 não for provido, as posições dos elementos divisores podem ser em um lado externo com relação ao fluxo de carvão pulverizado, resultando em um aumento de NOx. Assim, o mecanismo de ajuste de fluxo é importante.

[00183] A figura 19 é um gráfico de um resultado experimental mostrando o relacionamento entre a ocupação dividida e a quantidade de NOx produzida (valor relativo). Especificamente, é um gráfico experimental mostrando como a quantidade de NOx produzida muda de acordo com a razão da largura supradescrita de um dos elementos divisores para a altura (largura) do orifício primário de carvão 22.

[00184] De acordo com este resultado experimental, quanto maior a ocupação dividida, tanto menor a quantidade de NOx produzida; e, portanto, entende-se que a instalação de elementos divisores é efetiva para diminuir NOx.

[00185] Por outro lado, de acordo com o resultado experimental supradescrito mostrado na figura 17, quando a razão (a/b) da largura de um dos elementos divisores para a largura de fluxo de carvão pulverizado real bé diminuída, o valor relativo da quantidade de NOx produzida é também diminuído e, assim, a instalação de elementos divisores com uma largura apropriada a é necessária para diminuir a quantidade de NOx produzida. Em outras palavras, na estabilização de chama interna, para diminuir a quantidade de NOx produzida, é importante prover elementos divisores com uma largura apropriada a para melhorar a ignição, dessa forma emitindo e reduzindo mais rapidamente NOx.

[00186] A figura 20 mostra uma comparação da quantidade de combustível não queimado produzida para o caso de uma divisão em uma direção em que elementos divisores são dispostos em uma direção e o caso de uma divisão cruzada em que elementos divisores são arranjados em uma pluralidade de direções. Neste experimento, as mesmas condições do experimento mostrado na figura 17 são especificadas, e a quantidade de combustível não queimado produzida é comparada entre a divisão em uma direção e a divisão cruzada.

[00187] De acordo com o resultado experimental, o valor relativo da quantidade de combustível não queimado produzida quando a divisão cruzada é 0,75 em relação à quantidade de combustível não queimado produzida quando a divisão em uma direção é usada, e entende-se que a quantidade de combustível não queimado produzida é diminuída em aproximadamente 25%. Especificamente, a divisão cruzada, em que os elementos divisores são arranjados em uma pluralidade de direções, é efetiva para diminuir a quantidade de combustível não queimado no queimador a combustível sólido e na caldeira a combustível sólido.

[00188] A partir do resultado experimental mostrado na figura 20, é concebível que, dispondo-se os elementos divisores em diferentes direções, a ignição na chama é intensificada ainda mais, e a difusão de ar para dentro da chama é melhorada, diminuindo assim a quantidade de combustível não queimado.

[00189] Por outro lado, é concebível que a quantidade de combustível não queimado é mais alta quando a divisão em uma direção é usada, em virtude de o ar ser suprido no lado externo da chama, atrasando assim a difusão de ar para a chama formada no lado interno.

[00190] Um resultado experimental mostrado na figura 21 é obtido comparando as quantidades de NOx produzidas em uma seção do queimador, em uma região da seção do queimador até uma seção AA, e na seção AA, para um queimador a combustível sólido convencional e o queimador a combustível sólido da presente invenção; e os valores relativos à quantidade de NOx produzida na seção AA do queimador a combustível sólido convencional, que é estabelecida em um valor de referência de 1, são mostrados. Note que os elementos divisores arranjados em uma pluralidade de direções, como mostrado na figura 1A, por exemplo, são empregados para obter este resultado experimental.

[00191] Adicionalmente, este resultado experimental é obtido através de comparação na mesma quantidade de combustível não queimado, e a razão de ar (a razão da quantidade de injetado ar que é obtida subtraindo-se a quantidade de ar adicional injetado da quantidade total de ar injetado, em relação à quantidade total de ar injetado) na região da seção do queimador até a seção AA é estabelecida em 0,8 na tecnologia convencional e é estabelecida em 0,9 na presente invenção. A quantidade total de ar injetado usada aqui é uma quantidade real de ar injetado determinada em consideração à taxa de ar em excesso. Note que, quando a taxa de injeção de ar adicional é estabelecida em 30% e a taxa de ar em excesso é estabelecida em 1,15, a razão de ar na região da seção do queimador até a seção AA é aproximadamente 0,8 (a razão de ar na região da seção do queimador até a seção AA = 1,15 x (1 - 0,3) « 0,8).

[00192] De acordo com este resultado experimental, a quantidade de NOx eventualmente produzida pela seção AA é diminuída para 0,6, uma diminuição de 40% comparada com a tecnologia convencional. É concebível que isto se dá em virtude de a presente invenção empregar estabilização de chama interna arranjando- se elementos divisores em uma pluralidade de direções para melhorar ainda mais a ignição pelos elementos divisores, produzindo assim NOx na chama e reduzindo efetivamente o NOx.

[00193] Além disso, na presente invenção, uma vez que a mistura na chama é excelente, a combustão aproxima-se da combustão de pré-mistura, provendo combustão mais uniforme e, assim, é confirmado que uma capacidade redutora suficiente é proporcionada mesmo a uma razão de ar de 0,9.

[00194] Especificamente, na tecnologia convencional, uma vez que uma região de alta temperatura alto oxigênio é formada na circunferência externa da chama e, assim, aproximadamente 30% de injeção de ar adicional (AA) são necessários para reduzir suficientemente NOx, é necessário diminuir a razão de ar na região da seção do queimador até a seção AA para aproximadamente 0,8. Portanto, uma vez que aproximadamente 30% da quantidade total de ar injetado, determinada em consideração à taxa de ar em excesso, são injetados na seção AA, NOx é produzido também na seção AA.

[00195] Entretanto, na presente invenção, uma vez que a combustão pode ser realizada mesmo na razão de ar de aproximadamente 0,9 na região da seção do queimador até a seção AA, a quantidade de ar adicional injetado pode ser diminuída para aproximadamente 0 a 20% da quantidade total de ar injetado, determinada em consideração à taxa de ar em excesso. Portanto, a quantidade de NOx produzida na seção AA pode também ser eliminada, dessa forma eventualmente permitindo uma diminuição de aproximadamente 40% na quantidade de NOx produzida.

[00196] Na figura 22, o eixo horizontal indica a razão de ar na região da seção do queimador até a seção AA, e o eixo vertical indica o valor relativo da quantidade de NOx produzida. De acordo com este resultado experimental, na presente invenção, uma razão de ar de 0,9 é o valor ideal nas proximidades do queimador, nas quais uma diminuição de aproximadamente 40% em NOx foi confirmada. Portanto, pela figura 22, a razão de ar na região da seção do queimador até a seção AA, que é a razão da quantidade de ar injetado obtido subtraindo a quantidade de ar adicional injetado da quantidade total de ar injetado para a quantidade total de ar injetado determinada em consideração à taxa de ar em excesso, é preferivelmente estabelecida em 0,85 ou mais, na qual a quantidade de NOx pode ser diminuída em aproximadamente 30%, e é mais preferivelmente estabelecida no valor ideal de 0,9 ou mais.

[00197] No resultado experimental da presente invenção, a quantidade de NOx produzida é aumentada para 1 ou mais em torno da razão de ar de 0,8 em virtude de NOx ser produzido por causa da injeção de ar adicional.

[00198] Adicionalmente, o limite superior da razão de ar difere dependendo da razão de combustível: é 0,95 quando a razão de combustível é 1,5 ou mais, e é 1,0 quando a razão de combustível é menor que 1,5. A razão de combustível neste caso é a razão de carbono fixo para componentes voláteis (carbono fixo/componentes voláteis) no combustível.

[00199] Desta maneira, de acordo com esta modalidade supradescrita, o queimador de carvão pulverizado 21, que tem estabilização de chama interna, e os orifícios de injeção de ar secundário 30, que não realizam estabilização de chama, são providos, e a razão de ar no queimador de carvão pulverizado 21 é estabelecida em 0,85 ou mais, preferivelmente em 0,9 ou mais, diminuindo assim a quantidade de ar adicional injetado na seção AA 14 e também diminuindo a quantidade de NOx produzida na seção AA 14. Adicionalmente, uma vez que a região com oxigênio remanescente de alta temperatura H formada na circunferência externa da chama é eliminada, e NOx produzido na chama, em que combustão da pré-mistura que aproxima-se da combustão é alcançada, é efetivamente reduzida, a quantidade de NOx eventualmente emitida pela seção AA 14 é diminuída por meio de uma diminuição na quantidade de NOx que atinge a seção AA 14 e por meio de uma diminuição na quantidade de NOx produzida na seção AA 14 por causa da injeção de ar adicional.

[00200] Em decorrência disto, no queimador a combustível sólido 20 e na caldeira de queima tangencial 10, a quantidade de NOx eventualmente produzida a ser emitida pela seção AA 14 é diminuída.

[00201] Adicionalmente, usando um queimador a método de operação com combustível sólido em que a operação é realizada com a razão de ar no queimador de carvão pulverizado 21 estabelecida em 0,85 ou mais, a quantidade de ar (a quantidade de ar adicional injetado) na seção AA 14 é diminuída, comparada com um caso em que a razão de ar é 0,8, por exemplo, e assim a quantidade de NOx eventualmente produzida é diminuída na seção AA 14 onde a quantidade de ar adicional injetado é diminuída.

[00202] Note que a presente invenção não está limitada às modalidades supradescritas, e modificações apropriadas podem ser feias sem fugir do seu escopo. Por exemplo, o combustível sólido pulverizado não está limitado a carvão pulverizado. LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA 10 Caldeira de queima tangencial 11 Forno 12 Seção do queimador 14 Seção de injeção de ar adicional (seção AA) 20, 20A-20C Queimador a combustível sólido 21 Queimador de carvão pulverizado (Queimador de combustível) 22 Orifício primário de carvão 23 Orifício de carvão secundário 24 , 24A, 24B Elemento divisor 25 Mecanismo de ajuste de fluxo 30 , 30A Orifício de injeção de ar secundário 31 , 31a, 31b Orifício de ar secundário interno 32a, 32b Orifício de ar secundário intermediário 33, 33a, 33b Orifício de ar secundário externo 34L, 34R Orifício de ar secundário lateral 40, 41 Registro de ar F Chama H Região com oxigênio remanescente de alta temperatura

Claims

1. Queimador com ignição por combustível sólido (20; 20A; 20B; 20C) caracterizadopelo fato de que é usado em uma seção do queimador (12) de uma caldeira a combustível sólido (10) para realizar combustão de baixo NOx separadamente na seção do queimador (12) e em uma seção de injeção de ar adicional (14), o queimador de combustível sólido (20; 20A; 20B; 20C) compreendendo: um queimador de combustível (21) para injetar combustível sólido pulverizado e ar em um forno (11) da caldeira (10), o queimador de combustível (21) compreendendo um orifício primário de carvão (22) para injetar combustível sólido pulverizado transferido pelo ar primário para o forno (11), o dito orifício primário de carvão (22) tendo elementos divisores (24) arranjados em uma pluralidade de direções em um padrão tipo grade para prover partes cruzadas nas quais os elementos divisores (24) se cruzam perto do centro da abertura de saída do queimador de carvão (21) em uma parte dianteira do trajeto de fluxo do orifício primário de carvão (22) de modo a funcionar como um mecanismo de estabilização de chama interno perto do centro da abertura de saída do queimador de combustível (21), e um orifício de carvão secundário (23) que é provido de maneira a envolver o orifício primário de carvão (22) e é disposto para injetar parte de um ar secundário, em que o queimador de carvão (21) não tem um mecanismo de estabilização de chama na circunferência externa do mesmo; e orifícios de injeção de ar secundário (30; 30A; 34L; 34R; 30B) para injetar ar secundário sem realizar estabilização de chama, em que os orifícios de injeção de ar secundário (30; 30A; 34L; 34R; 30B) são dispostos acima e abaixo e/ou nos lados direito e esquerdo do queimador de combustível (21) e tem um dispositivo de ajuste do fluxo de ar (40).

2. Queimador com ignição por combustível sólido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que um comprimento da superfície de ignição (Lf) dos elementos divisores (24), que é o comprimento total de ambos lados de cada um dos elementos divisores (24), é estabelecido maior que o comprimento circunferencial da abertura de saída (L) do queimador de combustível (21).

3. Queimador com ignição por combustível sólido, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que os elementos divisores (24) são dispostos densamente no centro de uma abertura de saída do queimador de combustível (21).

4. Queimador com ignição por combustível sólido, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de que os elementos divisores (24) são dispostos em um padrão de tipo grade densamente no centro da abertura de saída do orifício primário de carvão (22) do queimador de combustível (21) de modo que porções centrais da abertura de saída do orifício primário de carvão (22), dividido pelos elementos divisores (24), têm áreas menores que outras porções no seu lado circunferencial externo.

5. Queimador com ignição por combustível sólido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de que os orifícios de injeção de ar secundário (30A) são cada qual divididos em uma pluralidade de trajetos de fluxo (31a/b, 32a/b, 33a/b) independentes cada qual com dispositivo de ajuste do fluxo de ar (40).

6. Queimador com ignição por combustível sólido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente um mecanismo de ajuste de fluxo (25) que aplica uma perda de pressão a um fluxo do combustível pulverizado e ar provido em um lado à montante dos elementos divisores (24).

7. Queimador com ignição por combustível sólido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizadopelo fato de que os orifícios de injeção de ar secundário (30A) são cada qual providos com um mecanismo de ajuste do ângulo.

8. Queimador com ignição por combustível sólido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizadopelo fato de que um sistema (51) para suprir ar em ao orifício de carvão secundário (23) do queimador de combustível (21) é separado de um sistema (52) para suprir ar aos orifícios de injeção de ar secundário (30A).

9. Queimador com ignição por combustível sólido, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de que a pluralidade de trajetos de fluxo independentes dos orifícios de injeção de ar secundário (30B) é concentricamente provida em torno do queimador de combustível, que tem uma forma circular, em uma direção circunferencial externa em multiestágios.

10. Caldeira com ignição por combustível sólido (10) caracterizadopelo fato de que compreende um queimador com ignição por combustível sólido (20; 20A; 20B; 20C) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, disposto em um canto ou em uma parede do forno (11) da caldeira (10).

11. Método de operação de um queimador com ignição por combustível sólido como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizadopelo fato de que é usado em uma seção do queimador (12) de uma caldeira com ignição por combustível sólido (10) para realizar combustão de baixo NOx separadamente na seção do queimador (12) e em uma seção de injeção de ar adicional (14) e que injeta combustível sólido pulverizado e ar em um forno (11) da caldeira (10), em que a operação é realizada com uma razão de ar no queimador de combustível (21) estabelecida em 0,85 ou mais.

12. Método de operação de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a razão de ar no queimador de combustível (21) é estabelecida em 0,9 ou mais.

13. Método de operação de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que a distribuição da quantidade de ar a ser injetada pelos orifícios de injeção de ar secundário é controlada por realimentação com base na quantidade de combustível não queimado e na quantidade de emissão de óxido de nitrogênio (NOx).

14. Método de operação de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que a quantidade de ar a ser injetada a partir dos orifícios de injeção de ar secundário (30; 30A; 34L; 34R; 30B) é distribuída entre as injeções de ar em multiestágios para tornar uma região da seção do queimador (12) até a seção de injeção de ar adicional (14) uma atmosfera redutora.