BR112014003286B1

BR112014003286B1 - Aparelho e método para tratamento térmico de material em pedaços ou aglomerado

Info

Publication number: BR112014003286B1
Application number: BR112014003286-6A
Authority: BR
Inventors: Hartmut Köhler; Timotheus Schmedders
Original assignee: Outotec Oyj
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2019-07-09
Also published as: MY166287A; UA109725C2; MX2014001905A; CA2841034C; DE102011110842A1; AU2012299747A1; US9790570B2; CA2841034A1; IN2014MN00122A; BR112014003286B8; AP2014007442A0; EP2748547B1; BR112014003286A2; CL2014000415A1; ZA201400251B; PE20141267A1; EA025386B1; CN103748429A; KR20140049565A; AU2012299747B2

Abstract

resumo patente de invenção: "aparelho e método para tratamento térmico de material em pedaços ou aglomerado". a presente invenção refere-se ao tratamento térmico de um material em pedaços ou aglomerado em uma máquina de queima (1) com grelha de transporte (2) sobre a qual o material é transportado através da máquina de queima (1), uma câmara de queima (4) para gerar as temperaturas requeridas para o tratamento térmico, uma zona de resfriamento (5) na qual os gases de resfriamento passam através do material termicamente tratado, e tubo de recuperação (7), através do qual os gases de resfriamento são recirculados para a câmara de queima (4). no teto (8) da câmara de queima (4), uma pluralidade de aberturas (9) é provida, através das quais os gases de resfriamento aquecidos provindos do tubo de recuperação (7) entram na câmara de queima 4.

Description

A presente invenção refere-se a um aparelho para tratamento térmico de um material em pedaços ou aglomerado em uma máquina de queima, em particular, para péletes de ferro, com uma grelha de transporte na qual o material é transportado através da máquina de queima para uma câmara de queima, que gera a temperatura requerida para o tratamento térmico e para uma zona de resfriamento, na qual os gases de resfriamento passam através do material tratado termicamente, e para um tubo de recuperação, através do qual os gases de resfriamento são recirculados para a câmara de queima. A matéria central da presente invenção também consiste em um método para tratamento térmico em tal máquina de queima.

O tratamento térmico de péletes, em particular, o endurecimento por queima de péletes de minério de ferro, em geral, é afetado nas grelhas de transporte com coifas de gás (chamadas máquinas de endurecimento). Como visto na direção do movimento, as máquinas de queimar minério têm várias zonas de tratamento que são adicionalmente subdivididas, em particular, em zona de secagem, zona de tratamento térmico para preaquecer e queimar, e zona de resfriamento. O calor requerido do processo é gerado pela combustão de um combustível líquido, gasoso, ou sólido. Para otimizar a utilização de energia, são providos sistemas de recirculação de gás.

A partir da EP 0 030 396 B1, por exemplo, é provido um método para tratamento térmico de péletes, no qual péletes não queimados são transportados por uma grelha de transporte, e secados em uma zona de secagem de pressão e zona de secagem de sucção, por gases de processo recirculados. Em uma zona de aquecimento e em uma zona de queima, os gases de resfriamento aquecidos são succionados através da camada de péletes. Os citados gases são supridos da zona de resfriamento, através de um conduto de recuperação e dutos de suprimento laterais, para as câmaras de queima, distribuídas ao longo da extensão da zona de queima, onde são aquecidos lá com 38 queimadores de óleo e sendo supridos através das sa

2/10 idas da câmara de queima à zona de aquecimento e queima, onde, através da adição de um combustível sólido provido na superfície do leito de péletes, são queimados. Dependendo do combustível usado e da capacidade do queimador, são providas temperaturas de chama muito altas, que causa tensão no material refratário, e aumenta as emissões de óxido de nitrogênio (NOx). Como o ar suprido para as câmaras de queima através de dutos de suprimento, incide na chama por cima, em um ângulo de 90°, a citada chama é defletida, e contata a parede revestida de refratário da câmara de queima, que pode vir a ocasionar danos. O impulso do ar primário frio aqui é baixo demais para gerar uma rotação estabilizadora de chama. Por outro lado, a quantidade de ar primário não pode ser aumentada, sem um indesejável aumento no consumo de combustível. Além disso, há uma considerável perda de calor nas paredes dos dutos laterais de suprimento com a transferência de calor para as câmaras de queima, devido à grande área superficial.

Por conseguinte, um objetivo da presente invenção é diminuir danos no refratário nas câmaras de queima, e reduzir as emissões. Além disso, a energia deve ser economizada, com a redução das perdas de calor.

Em um aparelho de acordo com a presente invenção, incluindo os aspectos constantes na reivindicação 1, este objetivo é substancialmente alcançado pelo fato de ser provida no teto na câmara de queima uma pluralidade de aberturas, através de quais aberturas os gases de resfriamento podem entrar na câmara de queima a partir do tubo de recuperação. Omitindo os dutos de suprimento externos usados na técnica anterior e introduzindo os gases de resfriamento aquecidos como ar secundário diretamente na câmara de queima arranjada acima da grelha de transporte, as perdas de calor através das paredes são minimizadas. Ao mesmo tempo, o espaço pode ser economizado na planta. De acordo com a presente invenção, a coifa da zona de tratamento térmico é usada como uma grande câmara de queima comum, ao invés de serem providas numerosas câmaras de queima, como na técnica anterior. Em conseqüência, o investimento na planta é reduzido substancialmente.

3/10

De acordo com um desenvolvimento da presente invenção, as aberturas são redondas, ou formadas tetragonais com retirada ou corte de tijolos. Também é possível que no teto da câmara de queima sejam formadas uma ou mais ranhuras alongadas, através das quais gases de resfriamento entram na câmara de queima.

De acordo com um desenvolvimento da invenção, o teto da câmara de queima é curvado, e, por conseguinte, serve como parede divisora auto-portante, entre o tubo de recuperação e a câmara de queima.

De acordo com um aspecto particularmente preferido da invenção, uma pluralidade de queimadores sem sua própria câmara de queima é provida nas paredes laterais da câmara de queima, que, de acordo com a invenção, são direcionados obliquamente para cima, em um ângulo de 20° a 60°, e, em particular, de 30° a 50°, na direção do teto, através do qual são supridos gases quentes de resfriamento. De acordo com um desenvolvimento do conceito inventivo, o ângulo de inclinação dos queimadores é ajustável. Devido ao contra fluxo e fluxo cruzado dos gases residuais de queima quentes e gases aquecidos recirculados, uma mistura intensa de gases é conseguida, o que leva a uma rápida e completa combustão a uma curta distância. Devido à divisão do jato em muitas chamas individuais, temperatura chega ao máximo na chama, e, por conseguinte, a formação de óxidos de nitrogênio pode ser reduzida.

Ao invés das grandes câmaras de queima providas na técnica anterior, pequenas aberturas de entrada (orifícios de queimador) são providas na parede para inserir os queimadores. Em conseqüência, os queimadores podem ser arranjados muito mais facilmente, com uma densidade mais alta e, correspondentemente com menos potência de aquecimento individual. Devido à matriz dos queimadores na parede do bocal, uma distribuição homogênea de temperatura é conseguida na câmara de queima. Temperaturas de pico na câmara de queima são evitadas, de modo que o revestimento de refratário resulta protegido, e, por conseguinte, as emissões de óxido de nitrogênio podem ser reduzidas.

De acordo com a presente invenção, cada um dos queimadores

4/10 é circundado por um tubo de ar, através do qual ar primário é suprido. Ao invés de ar ambiente, um ar enriquecido de oxigênio ou mesmo oxigênio puro pode ser suprido. De acordo com um desenvolvimento do conceito inventivo, os queimadores incluem chicanas para gerar uma rotação, para prover uma mistura intensa do combustível com ar primário.

De acordo com um desenvolvimento da presente invenção, os queimadores são combinados em grupos, cada um deles tendo válvulas de segurança associadas. Em conseqüência, o número destes grupos de segurança pode ser reduzido, baixando o custo de investimento.

Preferivelmente, pelo menos alguns dos queimadores são formados na forma de lanças de combustível, pelos quais o combustível é introduzido diretamente na câmara de queima, e inflama espontaneamente, ao encontrar altas temperaturas. As lanças de combustível não requerem qualquer detector ou ignitor de chama ótico adicional, ao invés, usam termopares a prova de falha, de acordo com a presente invenção. Devido à potência de aquecimento mais baixa de queimadores individuais, as temperaturas de chama podem ser reduzidas, de modo a reduzir a formação de NOx térmico e as emissões de óxido de nitrogênio e a extensão da chama sendo diminuídas em uma extensão limitada. De acordo com a invenção, uma diminuição adicional das temperaturas de chama é conseguida adicionalmente injetando água, preferivelmente água desmineralizada. A potência total de aquecimento pode ser conseguida com um número correspondentemente alto de queimadores.

Em princípio, também é possível conseguir uma oxidação sem a chama do combustível na câmara de queima no projeto correspondente, introduzindo combustível em um fluxo de gás contendo oxigênio e gás residual quente nas altas temperaturas de câmara de queima. Como descrito na DE 102 17 913 A1, a oxidação sem chama não depende da formação de uma chama estável. Por conseguinte, uma velocidade de gás relativamente alta pode ser empregada com a oxidação do combustível se estendendo a uma grande distância entre a entrada e saída.

A presente invenção também se estende a um método para um

5/10 tratamento térmico de material aglomerado na máquina de queima, em particular, péletes de ferro em que, de acordo com a reivindicação 10, o material é transportado através da máquina de queima em uma grelha de transporte, em cuja máquina de queima, o material é tratado termicamente em pelo menos uma câmara de queima, sendo que o material é subsequentemente resfriado por meio de gases de resfriamento, guiados através do mesmo, e os gases de resfriamento, assim aquecidos, são pelo menos parcialmente recirculados por um tubo de recuperação e introduzidos na câmara de queima, onde as temperaturas requeridas para tratamento térmico são geradas por combustão de combustível. De acordo com a presente invenção, os gases de resfriamento aquecidos são diretamente succionados do tubo de recuperação por aberturas no teto da câmara de queima para dentro da câmara de queima.

Aspectos, vantagens, componentes, e especificações adicionais possíveis poderão ser compreendidos a partir da descrição que se segue a partir de uma configuração exemplar e desenho. Todos componentes detectados e/ou ilustrados constituem a matéria central da invenção quer por si só ou em qualquer combinação, independente de sua inclusão nas reivindicações ou em referência anterior.

Nos desenhos:

a Figura 1 mostra esquematicamente uma seção em um aparelho de acordo com a presente invenção;

a Figura 2 mostra esquematicamente uma seção no aparelho da Figura 1, ao longo da linha ll-ll, em uma vista ligeiramente em perspectiva;

a Figura 3 mostra uma vista em perspectiva por baixo da câmara de queima, com um tubo de recuperação arranjado acima da mesma; e a Figura 4 mostra uma vista em perspectiva esquemática de um bocal de queimador.

Na máquina de queimar 1, o tratamento térmico de péletes de ferro, como esquematicamente mostrado na Figura 1, péletes não queimados são transportados na grelha de transporte 2 e secados na zona de se

6/10 cagem 3, por exemplo, por meio de gases de processo recirculados. Na direção indicada pela seta, a grelha de transporte 2 com pelotas de secados passa em seguida por uma câmara de queima 4, onde os péletes são queimados a cerca de 1350°C. Depois de passar através da câmara de queima 4, os péletes são supridos a uma zona de resfriamento 5 na qual elas são resfriadas com ar. Na zona de resfriamento 5, o ar é succionado de uma caixa de vento 6 provida sob a grelha de transporte 2 para cima através da camada de péletes e aquecido pelos péletes queimados quentes. Os gases de resfriamento assim aquecidas, então, são recirculados para a câmara de queima, através de um tubo de recuperação em forma de capuz 7, arranjado acima da câmara de queima 4.

Em outros processos, a temperatura de queima pode ser diferente. Os efeitos positivos de NOx, no entanto, crescem com temperaturas de processo mais altas. Com outros produtos, no entanto, uma camada de um produto, diferente de pelotas pode ser imaginado na grelha de transporte.

Como pode ser visto, em particular da Figura 2, é provida uma matriz muito densa das aberturas de ar 9 no teto curvado 8 da câmara de queima 4, que, ao mesmo tempo, forma a base do tubo de recuperação 7, através de cujas aberturas, o ar de processo quente é introduzido na câmara de queima 4 com uma temperatura de 800°C a 1100°C. Devido à pressão negativa gerada pelas caixas de vento 10,11 arranjadas sob a câmara de queima 4, o ar é succionado para a câmara de queima 4, que, então, segue através da camada de péletes e grelha de transporte 2 e serve como ar secundário para o processo de combustão na câmara de queima 4, e, ao mesmo tempo é usado para preaquecer os péletes transportados na grelha de transporte 2. A câmara de queima 4 é separada da zona de resfriamento 5 por uma parede divisora 12.

A construção da câmara de queima será explicada em detalhes com referência às Figuras 2 e 3. No teto curvado 8 da câmara de queima 4, são providas aberturas 9, que, na configuração da Figura 2, são aberturas redondas 9a e na configuração da Figura 3, ranhuras oblongas 9b. Com cer

7/10 teza, também é possível prover outras formas para as aberturas 9, por exemplo, uma forma tetragonal obtida com a retirada ou corte de tijolos no teto em alvenaria 8 ou também a combinação de diferentes formas. Com respeito ao número e tamanho das aberturas, a matriz de aberturas 9 é configurada de acordo com a velocidade da grelha de transporte 2, que passa pela máquina de queima 1, de modo que uma quantidade suficiente de ar secundário seja suprida.

A parede da câmara de queima 4 é revestida com tijolos refratários, sendo que a região inferior das paredes laterais 13, são providos tijolos de queima 14 incluindo janelas de queimador 15 (possivelmente com flanges de queimador) para os queimadores 16 descritos abaixo. Por outro lado, a câmara de queima 4 termina na grelha de transporte 2 passando através dela, onde os péletes são arranjados, e as paredes laterais do carro da grelha 17 são vedadas contra as paredes laterais 13, de maneira convencional não ilustrada. A grelha de transporte 2 corre sobre rodas 19 em trilhos da máquina de queima 1 não ilustrados.

Como mostrado na Figura 2, os queimadores 16 são arranjados de modo a ejetarem uma chama 20 dirigida obliquamente para o topo com um ângulo de 20° a 60°, preferivelmente cerca de 35° (a grelha de transporte tendo uma largura de cerca de 4 metros). O ângulo de inclinação dos queimadores 16 depende da largura da grelha de transporte 2. O ângulo do queimador pode ser ajustável. Um combustível líquido, gasoso, ou sólido pulverizado, em particular, óleo ou gás, é suprido aos queimadores 16, através de um conduto central de combustível 21, do qual derivam linhas flexíveis de queimador 22. Por exemplo, pode ser usado pó como carvão combustível sólido, mas, que, por causa de problemas de transporte de cinzas e deposição de cinzas nas pelotas, é adicionado em quantidades restritas. Através de um duto de ar central 23, conectado a queimadores individuais 16 via linhas de queimador flexíveis 24, uma quantidade de ar primário frio ar enriquecido com oxigênio, ou oxigênio puro é suprida aos citados queimadores. O efeito de endurecimento, desta forma, é melhorado.

Além disso, uma quantidade de água pode ser suprida às lanças

8/10 de queimador 16 através de um terceiro conduto 27 e ser injetada na câmara de queima 16 para resfriamento de chama de modo a adicionalmente reduzir os valores de NOx. Para este propósito, preferivelmente água desmineralizada é utilizada.

Como pode ser visto na Figura 4, os queimadores 16 incluem o tubo de ar 25 em tomo de condutos de suprimento de combustível, centralmente arranjados 22. Através de um meio de mistura ar-combustível (gerador de turbulência) 26 inserido nos queimadores 16, uma rotação é criada para estabilizar a chama. No meio de mistura 26, um bocal central 28 pode ser provido para injetar água através do conduto de água 27.

A temperatura da câmara de queima 4 é determinada levando em conta a velocidade da grelha de transporte 2 pelo correspondente projeto dos queimadores 16, de modo a conseguir a temperatura de cerca de 1350°C. Uma parte dos queimadores 16 pode ser substituída por lanças sem mecanismo de ignição. A mistura ar-combustível a partir da lança inflama espontaneamente, devido às altas temperaturas na câmara de queima, sendo admissível uma temperatura de cerca de 750°C (conforme, por exemplo, EN 746-2).

Em operação, a pressão no tubo de recuperação 7 usualmente é de 0,1 kPa a 0,2 KPa (1 a 2 mbar g), enquanto a pressão sob a grelha de transporte 2 é de -2 kPa a -3 kPa (-20 a -30 mbar g), isto é, uma pressão negativa diferente. Em consequência , os gases de resfriamento recirculados da zona de resfriamento 3 são succionados através das aberturas 9 no teto 8 da câmara de queima 4 para a câmara de queima, e subsequentemente, através da camada de pelotas na grelha de transporte 2, para as caixas de vento 10, 11. Devido ao fluxo de ar secundário vindo de cima e da chama direcionada obliquamente para cima a partir dos queimadores 16, obtém-se um contrafluxo ou fluxo transversal, que provê uma intensa mistura, e daí provendo um aquecimento uniforme da câmara de queima. Assim, é obtida uma melhor distribuição de energia e uma difusão de temperatura de chama mais baixa. Assim, a introdução de calor pode ser mais bem controlada. Como os gases de resfriamento são diretamente succionados para dentro

9/10 da câmara de queima 4 a partir do tubo de recuperação 7, arranjado acima da câmara de queima 4, o tamanho da região da parede externa pode ser reduzida, de modo que as perdas de calor sejam distintamente reduzidas.

Em princípio, a presente invenção pode ser empregada em todos os métodos e materiais onde o ar é recirculado no processo em alta temperatura (pelo menos 750°C) e succionado através de uma grelha de transporte, por exemplo, na produção de cimento e/ou cerâmica.

Listagem de Números de Referência máquina de queima grelha de transporte zona de secagem câmara de queima zona de resfriamento caixa de vento tubo de recuperação teto aberturas de ar

9a abertura de ar redonda

9b ranhura

10,11 caixas de vento barreira divisora paredes laterais tijolos de queimador orifícios do queimador queimador / lança de queimador parede lateral de carro de grelha rodas chamas conduto de combustível linhas de conexão do queimador (combustível) conduto de ar linhas de conexão de queimador flexível (ar)

10/10 tubo de ar meio de mistura ar - combustível conduto de água bocal

Claims

1. Aparelho para tratamento térmico de um material em pedaços ou aglomerado em uma máquina de queima (1) com uma grelha de transporte (2), sobre a qual o material é transportado através da máquina de queima (1), uma câmara de queima (4) para gerar as temperaturas requeridas pelo tratamento térmico, uma zona de resfriamento (5), na qual os gases de resfriamento passam através do material tratado termicamente, e um tubo de recuperação (7), através do qual os gases tratados termicamente são recirculados para a câmara de queima (4), caracterizado pelo fato de que no teto (8) da câmara de queima (4), uma pluralidade de aberturas (9) é provida através das quais os gases de resfriamento aquecidos, provindos do tubo de recuperação (7) podem entrar na câmara de queima (4), uma pluralidade de queimadores (16) é provida e em que os ditos queimadores (16) são direcionados obliquamente para cima.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as aberturas (9) são redondas, tetragonais, e/ou têm a forma de ranhura.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o teto (8) da câmara de queima (4) é curvado.

4. Aparelho, de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o ângulo de inclinação dos queimadores (16) é ajustável.

5. Aparelho, de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os queimadores (16) são direcionados obliquamente para cima, em particular em um ângulo de 20° a 60°.

6. Aparelho, de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que cada um dos queimadores (16) é circundado por um tubo de ar (25).

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que meios (16) de queimadores (26) são providos para gerar uma rotação.

8. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que os queimadores (16) são combinados em

Petição 870190036340, de 16/04/2019, pág. 4/9

2/2 grupos, cada um deles tendo válvulas de segurança associadas.

9. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte dos queimadores (16) é formada como lanças de queimador.

10. Método para tratamento térmico de um material em pedaços ou aglomerado em uma máquina de queima (1), em que o material é transportado através da máquina de queima (1) sobre uma grelha de transporte (2), na qual a máquina de queima do material é tratada termicamente em pelo menos uma câmara de queima (4), em que o material subsequentemente é resfriado por meio dos gases de resfriamento que passam através dele, e os gases de resfriamento, assim aquecidos, são recirculados pelo menos parcialmente, através de um tubo de recuperação (7) e introduzidos na câmara de queima (4) na qual as temperaturas requeridas para o tratamento térmico são geradas pela combustão de combustível, caracterizado pelo fato de que os gases de resfriamento aquecidos são succionados do tubo de recuperação (7) para a câmara de queima (4) através de aberturas (9) no teto (8) da câmara de queima (4), em que nas paredes laterais (13) da câmara de queima (4) uma pluralidade de queimadores (16) é provida, e em que os ditos queimadores são direcionados obliquamente para cima.