BR112016007789B1

BR112016007789B1 - Dispositivo térmico, uso de um dispositivo térmico, e, método para aquecer um meio de transferência de calor

Info

Publication number: BR112016007789B1
Application number: BR112016007789-0A
Authority: BR
Inventors: Vesa Kainu
Original assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2022-12-13
Also published as: CL2016000809A1; CA2924692A1; EP3055613B1; BR112016007789A2; FI126377B; ES2969441T3; EP3273162A1; EP3055613A1; CA2924692C; ES2652551T3; US20160258692A1; EP3273162B1; PL3273162T3; PT3273162T; US9989318B2; FI20136013A; PT3055613T; HUE064973T2; WO2015052372A1

Abstract

DISPOSITIVO TÉRMICO, USO DE UM DISPOSITIVO TÉRMICO, E, MÉTODO PARA AQUECER UM MEIO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR. Um dispositivo térmico compreendendo tubo trocador de calor de um duto de fluxo para gases no duto de fluxo. O tubo compreende uma primeira seção, enquanto compreende adicionalmente uma segunda seção. A segunda seção do tubo trocador de calor compreende um tubo interno para transferir meio de transferência de calor e para recuperar calor para o meio de transferência de calor; um tubo externo que radialmente inclui dita parte do tubo interno; e uma camada intermediária colocada entre o tubo externo e a parte do tubo interno. A segunda seção do tubo trocador de calor estende-se em uma linha reta ou dobra menos do que 90 graus. Além disso, a primeira seção é isolada em sua totalidade, ou não-isolada nas vizinhanças de outras superfícies de recuperação de calor somente. O uso do dispositivo de tal maneira que a temperatura do meio de transferência de calor fluindo no tubo interno é menor do que 500oC, e/ou de tal maneira que a temperatura da superfície externa do tubo externo é mais elevada do que 600oC, e/ou de tal maneira que meios para alimentar um agente auxiliar são usados para alimentar um agente auxiliar para o dispositivo térmico. Além disso, um método para aquecer um meio de transferência de calor, em cujo método dito dispositivo térmico é usado.

Description

Campo da Invenção

[001] A invenção refere-se a dispositivos térmicos, tais como reatores de gaseificação e caldeiras, particularmente caldeiras de leito fluidizado, tais como caldeiras de leito fluidizado borbulhante. A invenção refere-se a dispositivos térmicos para aquecer um meio de transferência de calor. Em particular, a invenção refere-se a dispositivos térmicos para aquecer um meio de transferência térmica, tal como vapor, a uma temperatura muito elevada.

Fundamentos da Invenção

[002] As caldeiras são usadas para queimar material combustível e desse modo produzir energia, tal como calor. O calor é recuperado das superfícies de transferência de calor da caldeira por um meio de transferência de calor, tal como água e/ou vapor. Vapor quente pode ser usado para gerar eletricidade, por exemplo, por meio de turbinas de vapor.

[003] A eficiência de gerar energia é melhorada quando a temperatura do meio de transferência de calor aquecido é elevada. Entretanto, alguns desafios são envolvidos no aumento da temperatura. O aumento da temperatura inevitavelmente aumentará a temperatura das superfícies externas dos tubos de transferência de calor. Em razão de substâncias corrosivas, tais como sais, serem condensadas na superfície e um aumento da temperatura geralmente acelere as reações químicas, a corrosão é significativamente acelerada devido ao aumento da temperatura.

[004] Além disso, para produzir meio de transferência de calor particularmente quente, o tubo de transferência de calor, para recuperar calor, deve ser colocado em um ambiente muito quente. A pressão dentro do tubo de transferência de calor é usualmente considerável (por exemplo, dezenas de bars, tipicamente mais elevado do que 30 bar (3 Mpa), por exemplo, a pressão e a temperatura podem corresponder à pressão do vapor saturado, pelo menos em baixas temperaturas. Em temperaturas mais elevadas, o vapor é normalmente superaquecido, em que sua temperatura é mais elevada do que a temperatura do vapor saturado em uma correspondente pressão, ou a temperatura do ponto crítico do meio de transferência de vapor, isto é, a temperatura crítica (34oC para a água), é excedida. O tubo de transferência de calor usado em tal ambiente quente tem que suportar a pressão prevalecendo dentro do tubo e também as cargas do ambiente corrosivo fora do tubo. Os tubos de transferência de calor, que são resistentes a ambiente quente e a uma alta pressão sob condições corrosivas, são tipicamente opções muito dispendiosas.

[005] Tubos de transferência de calor protegidos para um superaquecedor de vedação em malha são descritos no pedido de patente norte-americano US 2010/0000474. Neste, a tubulação de superaquecimento inclui um tubo de vapor onde o vapor a ser superaquecido é direcionado, e o tubo de vapor é separado por uma casca protetora. Tal superaquecedor é preferivelmente colocado dentro de uma vedação em malha. Os mesmos princípios podem ser aplicados para um superaquecedor radiante ou um superaquecedor arranjado em um canal de gás de combustão.

[006] Um dispositivo e método para alterar as características de transferência de calor de tubos expostos ao calor gerado dentro de uma caldeira são descritos na patente norte-americana US 4.177.765. Neste, uma caldeira de leito fluidizado é equipada com uma pluralidade de luvas deslizantes circunscrevendo os tubos geradores de vapor dispostos na mesma. Estendendo ou retraindo seletivamente as luvas sobre os tubos, as características de transferência de calor podem ser alteradas.

Breve Sumário da Invenção

[007] É um objetivo da presente invenção prover um dispositivo térmico, tal como um reator de gaseificação ou uma caldeira, para aquecer um meio de transferência de calor a uma elevada temperatura e, simultaneamente, aplicar materiais convencionais.

[008] Em uma modalidade, o dispositivo térmico compreende: - pelo menos uma primeira parede delimitando um duto de fluxo para gases e - um tubo trocador de calor, compreendendo pelo menos um tubo interno, pelo menos uma primeira seção do tubo trocador de calor sendo colocado no duto de fluxo para gases e estendendo-se da primeira parede para a primeira parede ou para uma segunda parede delimitando o duto de fluxo para gases no duto de fluxo para gases, e - a primeira seção do tubo trocador de calor, compreendendo uma segunda seção do tubo trocador de calor, que se estende no duto de fluxo para gases.

[009] No dispositivo térmico, a segunda seção do tubo trocador de calor compreende O pelo menos uma seção do tubo interno, para transferir o meio de transferência de calor da primeira extremidade para a segunda extremidade do tubo interno e para recuperar calor pelo meio de transferência de calor, O um tubo externo que radialmente inclui a seção do tubo interno e O uma camada do meio deixada entre o tubo interno e a seção do tubo interno na direção radial.

[0010] Além disso: (Ai) - o tubo interno da primeira seção do tubo de transferência de calor não é isolado em uma ou mais áreas não-isoladas, de tal maneira que - a distância de todos os pontos das áreas não-isoladas da primeira seção do tubo trocador de calor, para a outras superfícies de transferência de calor do dispositivo térmico (exceto o próprio tubo trocador de calor), não é maior do que 15 cm; ou (Aii) - o tubo interno, da primeira seção do tubo de transferência de calor, é, através de seu inteiro comprimento, isolada do duto de fluxo para gases por meio do tubo externo e/ou um isolador.

[0011] Em uma modalidade, o dispositivo térmico compreende diversos outros tubos de transferência de calor, dentro das paredes do duto de fluxo para gases, para recuperar calor. O tubo trocador de calor e os outros tubos de transferência de calor constituem um duto de fluxo contínuo para o meio de transferência de calor, para aquecer o meio de transferência de calor.

[0012] Além disso, em uma tal modalidade, (Bi) • o duto de fluxo para o meio de transferência de calor compreende a primeira seção do tubo de trocador de calor, quando o último elemento de transferência de calor, colocado no duto de fluxo de gases, na direção do fluxo do meio de transferência de calor, ou (B,ii) • o duto de fluxo para o meio de transferência de calor compreende a última primeira seção do tubo trocador de calor, colocada no duto de fluxo para gases, na direção do fluxo do meio de transferência de calor, e pelo menos um tubo de transferência de calor, no duto de fluxo para gases, colocado a jusante na direção do fluxo do meio de transferência de calor, e • a última primeira seção do tubo trocador de calor é arranjada na direção de fluxo do gás fluindo para fora do tubo externo, a montante dos tubos de transferência de calor, do duto de fluxo para gases, colocados a jusante na direção do fluxo do meio de transferência de calor.

[0013] Preferivelmente, a segunda seção do tubo trocador de calor estende-se em uma linha reta ou dobra-se menos do que 90 graus.

[0014] Em uma modalidade, a segunda seção do tubo trocador de calor dobra-se pelo menos 90 graus e, desse modo, não se estende em uma linha reta.

[0015] O dispositivo térmico pode ser usado, por exemplo, para aquecer vapor. Em uma modalidade do uso do dispositivo térmico, - o meio de transferência de calor é permitido fluir no tubo interno, - o vapor é usado como o meio de transferência de calor, e - a temperatura do mecanismo de transmissão fluindo no tubo interno é de pelo menos 500oC, preferivelmente pelo menos 530oC.

[0016] O dispositivo térmico pode ser usado para aquecer o meio de transferência de calor de tal maneira que a temperatura da superfície de um tubo trocador de calor em operação é consideravelmente elevada. Assim, a corrosão das substâncias corrosivas na superfície do tubo é evitada ou pelo menos reduzida. Em uma modalidade do uso, a temperatura da superfície externa do tubo externo excede 600oC.

[0017] Além disso, na caldeira apresentada, o uso de agentes auxiliares para combustão é intensificado quando os meios para suprir o agente auxiliar são colocados em um local em que a temperatura operacional é tipicamente favorável ao suprimento do agente auxiliar.

[0018] O uso do dispositivo térmico conduzirá à realização de um método. Um método correspondente para aquecer um meio de transferência de calor compreende: - produzir gás aquecido por um dispositivo térmico, - transportar o gás para um duto de fluxo para gases, - transportar o meio de transferência de calor para um tubo trocador de calor compreendendo pelo menos um tubo interno, pelo menos a primeira seção do tubo trocador de calor sendo colocada no duto de fluxo para gases e estendendo-se no duto de fluxo para gases da parede do duto de fluxo para a mesma ou outra parede do duto de fluxo, e a primeira seção do tubo trocador de calor compreendendo uma segunda seção do tubo trocador de calor estendendo-se no duto de fluxo para gases, e - recuperar calor pelo meio de transferência de calor do tubo trocador de calor.

[0019] No método, a segunda seção do tubo trocador de calor compreende: • pelo menos uma seção do tubo interno para transferir o meio de transferência de calor da primeira extremidade para a segunda extremidade do tubo interno e para recuperar calor pelo meio de transferência de calo, • um tubo externo que radialmente inclui a seção do tubo interno e • uma camada do meio, na direção radial, entre o tubo externo e a seção do tubo interno

[0020] Além disso, (A,i) - o tubo interno da primeira seção do tubo trocador de calor não é isolado do duto de fluxo para gases em uma ou mais áreas não-isoladas, de tal maneira que - a distância de todos os pontos das áreas não-isoladas da primeira seção para as outras superfícies de transferência de calor do dispositivo térmico não é maior do que 15 cm; ou (A,ii) - o tubo interno da primeira seção do tubo trocador de calor é, através de seu inteiro comprimento, isolado do duto de fluxo para gases por meio do tubo externo e/ou um isolador.

[0021] Em uma modalidade do método, também, o dispositivo térmico compreende diversos outros tubos de transferência de calor dentro das paredes do duto de fluxo para gases, para recuperar calor. O tubo trocador de calor e os outros tubos de transferência de calor constituem um duto de fluxo contínuo para o meio de transferência de calor, para aquecer o meio de transferência de calor.

[0022] Em tal modalidade do método, (B,i) • o duto de fluxo para o meio de transferência de calor compreende a primeira seção do tubo trocador de calor como o último elemento de transferência de calor colocado no duto de fluxo de gases, na direção do fluxo do meio de transferência de calor, ou (B,ii) • o duto de fluxo para o meio de transferência de calor compreende a última primeira seção do tubo trocador de calor colocado no duto de fluxo para gases, na direção de fluxo do meio de transferência de calor, e pelo menos um tubo trocador de calor no duto de fluxo para gases, colocado a jusante na direção do fluxo do meio de transferência de calor, e • a pelo menos primeira seção do tubo trocador de calor é arranjada na direção de fluxo do gás fluindo para fora do tubo externo, a montante dos subsequentes tubos de transferência de calor colocados no duto de fluxo para gases, na direção de fluxo do meio de transferência de calor.

[0023] Preferivelmente, a segunda seção do tubo trocador de calor estende-se em uma linha reta ou dobra menos do que 90 graus.

[0024] Em uma modalidade do método, a segunda seção do tubo trocador de calor dobra-se pelo menos 90 graus e, desse modo, não se estende em uma linha reta.

Descrição dos Desenhos

[0025] A invenção será descrita com relação às figuras dos desenhos em anexo, onde: A Fig. 1a mostra um dispositivo térmico em uma vista lateral, A Fig. 1b mostra um dispositivo térmico em uma vista lateral, A Fig. 1c mostra um dispositivo térmico em uma vista lateral, A Fig. 1d mostra um dispositivo térmico em uma vista lateral, A Fig. 1e mostra um dispositivo térmico em uma vista lateral, A Fig. 1f mostra um dispositivo térmico em uma vista lateral, As Figs. 1g1 a 1g4 mostram vistas em seção transversal de um tubo trocador de calor em diferentes pontos de um duto de fluxo para gases de um dispositivo térmico, As Figs. 1h1 a 1h3 mostram segundas seções retas e curvadas de um tubo trocador de calor, A Fig. 1i mostra um dispositivo térmico em uma vista lateral, A Fig. 2 mostra um dispositivo térmico em uma vista lateral, A Fig. 3a mostra uma vista mais detalhada da primeira seção de uma parede de um dispositivo térmico visto pelo lado, A Fig. 3b mostra uma vista principal da área de uma parede da Fig. 3a, vista por cima, A Fig. 4a mostra uma vista principal da área de uma parede e um alojamento vista por cima, A Fig. 4b mostra uma vista principal da área de uma parede e um alojamento vista por cima, A Fig. 5 mostra um trocador de calor, isto é, uma unidade de tubo superaquecedor ou um superaquecedor, no duto de fluxo para gases, visto pelo lado.

Descrição Detalhada da Invenção

[0026] Dispositivos térmicos são usados para gerar energia, tais como eletricidade e/ou calor e/ou para produzir combustível de material combustível, tal como refugo municipal e/ou matéria prima de origem biológica, tal como matéria prima baseada em madeira. Por exemplo, o dispositivo térmico pode referir-se a uma caldeira em que material combustível é queimado para produzir energia. As caldeiras podem ser classificadas de acordo com o material a ser queimado, em que, por exemplo, as seguintes caldeiras são conhecidas: caldeira de recuperação de soda (aquecida com licor negro), caldeira aquecida-óleo, caldeira aquecida com carvão, caldeira de combustível pulverizado e caldeira aquecida com refugo (em uma planta de força de refugo-para-energia). As caldeiras podem ser classificadas de acordo com a estrutura da caldeira, em que, p. ex., a seguintes caldeiras são conhecidas: caldeira de leito fluidizado, tal como caldeira de leito fluidizado circulante (CFB) e caldeira de leito fluidizado borbulhante (BFB); caldeira de grade; caldeira de tubo de água; e caldeira de tubo de fogo. Por exemplo, dispositivo térmico pode referir-se a um reator de gaseificação, em que material combustível é oxidado para produzir gás de síntese. O gás de síntese pode ser ainda refinado em combustível, tal como biocombustível. Por exemplo, dispositivo térmico pode referir-se a um reator de pirólise, em que material combustível é pirolisado para produzir óleo de pirólise. O óleo de pirólise pode ser ainda refinado. Além disso, dispositivo térmico pode referir- se a um reator de torrefação, em que material combustível é termicamente tratado para evaporar água e hidrocarbonetos leves do material combustível. O material combustível, tratado desta maneira, pode ser mais tarde usado como combustível em subsequentes processos. Em uma maneira correspondente, processo térmico refere-se a um processo em que energia e/ou combustível são produzidos. Em alinhamento com os reatores acima descritos, processo térmico pode ser, por exemplo, um processo de combustão, gaseificação, pirólise ou torrefação. O acima mencionado material combustível pode ser, por exemplo, material sólido de origem biológica tal como material baseado e madeira.

[0027] Caldeiras são dadas aqui como um exemplo de dispositivos térmicos e seu uso. As caldeiras são usadas para queimar material combustível e, desse modo, produzir energia, tal como calor. O calor é recuperado das superfícies de transferência de calor da caldeira por um meio de transferência de calor, tal como água e/ou vapor. Vapor quente pode ser usado para gerar eletricidade, por exemplo, por meio de turbinas de vapor.

[0028] Um reator de gaseificação é fornecido como um segundo exemplo de dispositivos térmicos e seu uso. Os reatores de gaseificação são usados para oxidar material combustível em condições deficientes de oxigênio, para produzir gás de síntese. O calor pode ser recuperado do gás de síntese. O calor é recuperado das superfícies de transferência de calor do reator de gaseificação por um meio de transferência de calor, tal como água e/ou vapor. Vapor quente pode ser usado para gerar eletricidade, por exemplo, por meio de turbinas de vapor.

[0029] Os reatores de pirólise são fornecidos como um terceiro exemplo de dispositivos térmicos e seu uso. Eles são usados para formar vapor de pirólise, que pode ser condensado. Na condensação, o calor pode ser recuperado da maneira acima descrita.

[0030] A eficiência de produção de energia é melhorada quando a temperatura do meio de transferência de calor aquecido é elevada. Água e/ou vapor são normalmente usados como o meio de transferência de calor. Na presente descrição, vapor também se refere a vapor em temperatura excedendo o ponto crítico da água (373oC), vapor este sendo algumas vezes chamado gás, por causa do vapor na temperatura não poder ser liquefeito em água pelo aumento da pressão.

[0031] Os dispositivos térmicos, tais como caldeiras, compreendem paredes, que delimitam, por exemplo, um forno, a fase de gaseificação do reator de gaseificação, e/ou vários dutos de gás, tais como dutos de gás de combustão, dutos de gás de síntese ou dutos de vapor de pirólise. O termo “parede” pode referir-se a, por exemplo, as paredes ou o teto do reator. Os reatores térmicos também compreendem trocadores de calor para recuperar calor gerado nas reações. A temperatura de superfície do trocador de calor em operação tem um significativo efeito sobre a corrosão da superfície do trocador de calor. Basicamente, se a temperatura de superfície for baixa, substâncias corrosivas são condensadas dos gases em sólidos. Em baixa temperatura, os sólidos não significativamente corroem as superfícies. Por outro lado, se a temperatura de superfície for elevada, não são condensadas significativas quantidades de substâncias corrosivas dos gases, em que a corrosão é relativamente lenta, também. No meio, uma faixa é deixada em que substâncias corrosivas são condensadas dos gases nas substâncias líquidas nas superfícies de recuperação de calor, em que a corrosão é muito rápida. Os valores destas temperaturas serão dados mais detalhadamente mais abaixo.

[0032] Elevar a temperatura de superfície do tubo trocador de calor é muito desafiador, porque o tubo tem que suportar a pressão prevalecendo dentro dele na temperatura operacional.

[0033] A presente invenção será ilustrada nos desenhos anexos. As Figuras, tais como as Figs. 1a e 1g1, mostram um dispositivo térmico compreendendo: - pelo menos uma primeira parede 112, delimitando um duto de fluxo 115 para gases e - um tubo trocador de calor 200 compreendendo pelo menos um tubo interno 210, pelo menos a primeira seção 202 do tubo trocador de calor sendo colocada no duto de fluxo 115 para gases e estendendo-se no duto de fluxo 115 para gases da primeira parede 112 para a primeira parede 112 ou para uma segunda parede 114 (Figs. 1a a 1e) delimitando o duto de fluxo para gases, e - a primeira seção 202 do tubo trocador de calor compreendendo uma segunda seção 240 do tubo trocador de calor, estendendo-se dm o duto de fluxo 115 para gases.

[0034] Neste contexto, o “tubo trocador de calor” assim refere-se a um tubo possivelmente longo, cuja (pelo menos uma) primeira seção 202 é, através de seu inteiro comprimento, colocada no duto de fluxo 115 para gases. Em uma maneira correspondente, a primeira seção 202 refere-se a uma seção contínua do tubo que é tão longa quanto possível e se estende no duto de fluxo; isto é, uma seção que se estende de parede a parede (a mesma ou outra parede). A segunda seção 240 do tubo trocador de calor, compreendida em a primeira seção 202, é uma unidade protegida em que um tubo interno 210 é protegido por um tubo externo 220. A segunda seção 240 pode ser mais curta do que a primeira seção 202 ou de comprimento igual. A Figura 1g1 ilustra a estrutura da segunda seção 240 de tal tubo trocador de calor.

[0035] Com referência à Fig. 1g1, das modalidades apresentadas, a segunda seção 240 do tubo trocador de calor compreende: • pelo menos uma seção do tubo interno 210 para transferir o meio de transferência de calor da primeira extremidade para a segunda extremidade do tubo interno e para recuperar calor pelo meio de transferência de calor, • um tubo externo 220, que radialmente inclui a seção do tubo interno, e • uma camada 230 do meio deixado entre o tubo externo 220 e a seção do tubo interno 210 na direção radial.

[0036] Tal estrutura tem a vantagem de que, em razão da camada média 230, a temperatura de superfície do tubo externo 220 ser, quando o dispositivo térmico está em operação, tão elevada que quantidades não significativas de substâncias corrosivas são condensadas em sua superfície. Tal tubo com uma estrutura encamada, é mais pesado do que um único tubo encamado. Além disso, foi constatado que, se um tubo com uma estrutura encamada for dobrado, o tubo externo entrará e contato com o tubo interno, em que não haverá camada média no ponto de dobra. Quando não há camada média, o calor será conduzido demasiado bem do tubo externo para o tubo interno, o que reduzirá a temperatura da superfície do tubo externo para uma faixa que é crítica para corrosão, pelo menos quando a presente configuração é aplicada em condições quentes e com um meio de transferência de calor. Além disso, um tubo relativamente reto é mais fácil de se tornar auto sustentante do que um tubo que dobra em uma grande extensão. Por estas razões, em uma modalidade vantajosa, - a segunda seção 240 do tubo trocador de calor estende-se em uma linha reta ou dobra menos do que 90 graus.

[0037] Foi verificado que, com algumas soluções técnicas, é possível arranjar o tubo interno 210 dentro do tubo externo 220, mesmo quando os tubos interno e externo são dobrados, de tal maneira que uma camada intermediária, suficiente para isolamento de calor, é deixada entre estes tubos.

[0038] Em uma modalidade, a segunda seção 240 do tubo trocador de calor é dobrada pelo menos 90 graus, em que a segunda seção do tubo trocador de calor não se estende em uma linha reta. Também neste caso é possível, aplicando-se certas soluções técnicas, prover uma camada média constituindo um suficiente isolamento de calor entre o tubo externo 220 e o tubo interno 210.

[0039] A função do tubo externo 220 é, entre outras coisas, proteger o tubo interno 210. É possível que, além do tubo externo 220 (Figs. 1c e 1g4) ou como alternativa ao tubo externo 220 (Figs. 1b e 1g2 e 1g3), o tubo interno 210 seja protegido com um isolante 260, 255, 257 pelo menos em alguns pontos do duto de fluxo para gases.

[0040] Além disso, é possível que, em um ponto onde a temperatura já é baixa dentro do duto de fluxo 115, o tubo interno não seja protegido de forma alguma, nem com um isolador, nem com um tubo externo. Tais pontos são tipicamente encontrados nas vizinhanças das superfícies de recuperação de calor, tais como as paredes 112, 114. Mesmo neste caso, o tubo interno 210 é protegido através de quase seu inteiro comprimento no duto de fluxo 115 para gases. Consequentemente, em algumas modalidades (A) - o tubo interno 220 da primeira seção 202 do tubo trocador de calor é, em algumas partes, isolado do duto de fluxo 115 para gases por meio do tubo externo 220 e/ou um isolador 260, e - o tubo interno 210 da primeira seção 202 do tubo trocador de calor é não-isolada do duto de fluxo 115 para gases em uma ou mais áreas não-isoladas 270 (Fig. 1i) de tal maneira que (A1) - o comprimento de mesmo a maior área não-isolada 270 da primeira seção 202 não exceda 15 cm; preferivelmente, o comprimento de mesmo a maior área não-isolada 270 não exceda 10 cm, o comprimento sendo medido na direção longitudinal do tubo interno 210; ou (A2) - a distância de todas as áreas não-isoladas 270 da primeira seção 202 às outras superfícies de recuperação de calor do dispositivo térmico (que não o próprio tubo trocador de calor 200), não é maior do que 15 cm; preferivelmente não maior do que 10 cm; ou (B) - a primeira seção 202 do tubo trocador de calor, ou do tubo interno 210 da primeira seção 202, é, através de seu inteiro comprimento, isolada do duto de fluxo 215 para gases, por meio do tubo externo 220 e/ou um isolador 260 (Figs. 1a a 1f).

[0041] Com referência aos pontos (A, A1 e A2) e Fig. 1i, a primeira seção 202 preferivelmente compreende não mais do que duas de tais áreas não-isoladas 270 (uma em cada extremidade) e todas as áreas não-isoladas 270 (a única de ambas) estendem-se da parede (112, 114) do dispositivo térmico 110 até o duto de fluxo 115.

[0042] O ponto (A2) é também uma possível solução, porque a temperatura dos gases no duto de fluxo 115 é tipicamente menor nas vizinhanças das superfícies de recuperação de calor da mais afastada das outras superfícies de recuperação de calor. Na vizinhança do sistema de redução catalítica seletiva, o tubo trocador de calor pode também estender-se na direção da superfície de recuperação de calor ou, substancialmente, em paralelo com a superfície de recuperação de calor do duto de fluxo 115. Tipicamente, o tubo trocador de calor estende-se em uma direção substancialmente perpendicular à parede (Fig. 1i).

[0043] Ainda mais vantajosamente, a primeira seção não compreende quaisquer áreas não-isoladas 270 (Figs. 1a a 1f), em que o tubo interno 210 é protegido através de seu inteiro comprimento no duto de fluxo 115, para gases (vide ponto B acima).

[0044] Uma modalidade da presente invenção é ilustrada na Fig. 1a, o dispositivo térmico 100 da Fig. 1, tal como uma caldeira, compreende - uma primeira parede 112 (uma parede da figura) compreendendo a primeira área 122 da parede da caldeira, - uma segunda parede 114 (uma parede da figura) compreendendo a segunda área 124 da parede da caldeira, e - uma área de reação 110, para gerar gases, tal como (a) um forno 110 para queimar material e para formar gases combustíveis, o (b) uma fase de gaseificação para oxidar matéria prima e para formar gás de síntese, em que - pelo menos a primeira parede 112 do dispositivo térmico delimita o duto de fluxo 115 para gases, de tal maneira que uma seção do duto de fluxo 115 para gases é deixada entre a primeira área 122 da parede do dispositivo 100 e a segunda área 124 da parede do dispositivo 100.

[0045] No dispositivo de acordo com a Fig. 1a, o duto de fluxo 115 para gases tem uma seção transversal retangular, em que o dispositivo térmico 100 compreende quatro paredes. A invenção pode também ser aplicada em tais dispositivos térmicos em que o duto de fluxo para gases tem uma seção transversal circular. Tal dispositivo térmico 100 compreende a primeira parede 112 somente. Além disso, se o tubo trocador de calor 200 estender-se através do duto 115, a primeira parede 112 do dispositivo também compreende a segunda área 124 da parede, a que o tubo trocador de calor 200 (pelo menos seu tubo interno 210) se estende. Em geral, o dispositivo térmico assim compreende a segunda parede 114 somente opcionalmente. Vantajosamente, o dispositivo térmico compreende pelo menos quatro paredes delimitando o duto de fluxo 115 para gases. Na modalidade da Fig. 1a, o dispositivo térmico 100 compreende a segunda área 124 da parede, compreendida na segunda parede 114.

[0046] A Fig. 1a também mostra um duto de alimentação 104 para alimentar gás. O ar de combustão pode ser suprido dentro das caldeiras via o duto de alimentação 104. As plantas de gaseificação, por exemplo, podem ser supridas com oxigênio e/ou vapor d’água para gaseificar a matéria prima. Em uma caldeira, por exemplo, o ar de combustão é suprido via um duto 104 e uma grade 102 dentro de um forno 110. Vantajosamente, o tipo de caldeira 100 é uma caldeira de leito fluidizado ou uma caldeira e leito fluidizado circulante, preferivelmente uma caldeira de leito fluidizado borbulhante. Na caldeira de leito fluidizado, tal como uma caldeira de leito fluidizado borbulhante, o ar de combustão é usado para trazer o material sólido e o material combustível do forno 110 para um estado fluidizado, em outras palavras, um leito fluidizado é formado.

[0047] Ainda com referência à Fig. 1a, o calor pode ser recuperado dentro da caldeira 100 por superaquecedores primários 152 colocados em uma passagem de fumaça 100 a jusante do forno. O calor pode ser recuperado pelos superaquecedores 154 no topo 150 do forno. O calor pode ser recuperado, por exemplo, por superaquecedores terciários 15o no topo do forno. O transporte dos gases combustíveis para as próximas superfícies de recuperação de calor, para remoção, para purificação ou para pós-tratamento é ilustrado com uma seta 175. A caldeira 100 pode também compreender um nariz 180 para guiar os gases de combustão e para proteger os superaquecedores terciários 156 do calor de radiação direta, por exemplo. Na Figura 1a, o nariz 180 é desenhado com linhas tracejadas, para ilustrar que a caldeira 100 não necessariamente compreende o nariz 180. Na Fig. 1a, os superaquecedores são arranjados na seguinte ordem na direção do fluxo do superaquecedor secundário de gases de combustão: superaquecedor secundário 154, superaquecedor terciário 156 e superaquecedor primário 152. O meio de transferência de calor (tal como água e/ou vapor) é arranjado para fluir (e flui durante a operação) do superaquecedor primário 152 para o superaquecedor secundário 354 e ainda para o superaquecedor terciário 156.

[0048] Na Fig. 1a, a caldeira também compreende um tubo trocador de calor 200, que é particularmente adequado para esta finalidade, como descrito acima. A primeira seção 202 E/OU tubo trocador de calor é provido no duto de fluxo 115 para gases. No caso da Fig.1a, a primeira seção 202 do tubo trocador de calor consiste da segunda seção acima descrita 240 do tubo trocador de calor, cuja estrutura é ilustrada na Fig. 1g1. Em outras palavras, a segunda estrutura 240, com a estrutura encamada, também se estende sobre o inteiro comprimento do duto de gás de combustão 115.

[0049] Em uma modalidade, a segunda seção 240 do tubo trocador de calor se estende em uma linha reta ou dobra-se menos do que 90 graus, como descrito acima. Vantajosamente, a segunda seção 240 dobra-se menos do que 45 graus, menos do que 30 graus ou menos do que 15 graus.

[0050] Em uma maneira correspondente, em algumas outras modalidades, a segunda seção 240 do tubo trocador de calor dobra-se pelo menos 90 graus, pelo menos 45 graus, pelo menos 30 graus, ou pelo menos 15 graus.

[0051] Com referência às Figs. 1h1 a 1h3, a frase “dobra-se menos do que α graus” significa que: - o tubo trocador de calor 200 estende-se de tal maneira que a segunda seção 240 estende-se no duto de fluxo 115, e - a segunda seção 240 do tubo trocador de calor tem uma primeira direção longitudinal S1 em seu primeiro ponto p1 (Figs.1h1 a 1h3) e - a segunda seção 240 do tubo trocador de calor tem, em todos os pontos p2, uma direção longitudinal S2 que é paralela à ou forma um ângulo com uma menor magnitude do que os α graus para a primeira direção S1 da segunda seção do tubo trocador de calor.

[0052] Neste contexto, a direção longitudinal do tubo trocador de calor refere-se à direção longitudinal na direção de fluxo do meio de transferência de calor. Por exemplo, na Fig. 1h1, a direção S2 do tubo trocador de calor é paralela à dimensão S1, independente da seleção dos pontos p1 e p2. Consequentemente, na Fig. 1h1, a segunda seção 240 do tubo trocador de calor se estende em uma linha reta.

[0053] Por exemplo, na Fig. 1h2, a direção S2 do tubo trocador de calor desvia-se da direção S1, por uma certa seleção de pontos p1 e p2, porém as direções são paralelas para algumas outras seleções. Entretanto, independente da seleção dos pontos p1 e p2, o ângulo α deixado entre as direções S2 e S1 é menor do que 90 graus. Consequentemente, na Fig. 1h2, a segunda seção 240do tubo trocador de calor dobra-se menos do que 90 graus.

[0054] Por exemplo, na Fig. 1h3, a direção S2 do tubo trocador de calor desvia-se da direção S1 para certa seleção de pontos p1 e p2. Para a seleção mostrada na figura, as direções S2 e S2 são opostas, de modo que o ângulo α é de 180 graus. Consequentemente, na Fig. 1h3, a segunda seção 240 do tubo dobra-se mais do que 90 graus.

[0055] Na modalidade da Fig. 1a, - o tubo trocador de calor 200 estende-se de modo que a segunda seção 240 do tubo trocador de calor se estende da primeira área 122 da parede do dispositivo para a segunda área 124 da parede do dispositivo de tal maneira que - a segunda seção 240 do tubo trocador de calor tem um eixo geométrico central tendo um raio de curvatura que indica, em cada ponto, a direção ou a mudança de direção do eixo geométrico central, e é pelo menos de 25 cm, pelo menos 50 cm, pelo menos 1 m, pelo menos 5 m e muito vantajosamente pelo menos 10 m.

[0056] Graças ao grande raio de curvatura, a camada média 230 é também provida em cada ponto entre o tubo externo 220e o tubo interno 210, quando o tubo com uma estrutura encamada é dobrado. Além disso, tal tubo relativamente reto é mais fácil de se tornar auto sustentante.

[0057] Como apresentado acima, com algumas soluções técnicas é possível arranjar o tubo interno 210 dentro do tubo externo 220, também quando os tubos internos são dobrados, de tal maneira que uma camada média, suficiente para o isolamento térmico, é deixada entre estes tubos.

[0058] Consequentemente, em uma modalidade - o tubo trocador de calor 200 estende-se de modo que a segunda seção 240 do tubo trocador de calor se estende da primeira área 122 da parede do dispositivo para a segunda área 124 da parede do dispositivo, de tal maneira que - a segunda seção 240 do tubo trocador de calor tenha um eixo geométrico central tendo um raio de curvatura que indique, em cada ponto, a direção ou a mudança de direção do eixo geométrico central, e sendo mais curto do que 10 m, mais curto do que 5 m, mais curto do que 1 m, mais curto do que 50 cm ou mais curto do que 25 cm.

[0059] Em uma modalidade, a primeira área 122 da parede (tal como uma parede) do dispositivo é colocada no lado oposto do duto de fluxo 115, com respeito à segunda área da parede do dispositivo. Em uma modalidade, a primeira parede 112 do dispositivo é oposta à segunda parede 114 da caldeira.

[0060] Em uma modalidade, a primeira área 122 da parede da caldeira e a segunda área 124 da parede da caldeira são paralelas entre si ou o ângulo entre os planos paralelos às áreas é menor do que 45 graus, tal como menor do que 30 graus ou menor do que 15 graus. As áreas das paredes podem também ser perpendiculares, por exemplo, se a primeira seção do tubo trocador de calor estender-se entre duas paredes em um ângulo entre si.

[0061] A extensão da segunda seção 240 do tubo do duto de fluxo 115 pode ser representada por um ou mais do seguinte: - pela curvatura da segunda seção 240, particularmente o ângulo de curvatura (ângulo α) e - pelo raio de curvatura do eixo geométrico central da segunda seção 240.

[0062] Por exemplo, a segunda seção 240 pode curvar-se não mais do que 45 graus, de modo que o raio de curvatura seja pelo menos 1 m. Em uma maneira correspondente, a segunda seção 240 pode curvar-se mais do que 45 graus, de modo que o raio de curvatura seja menor do que 1 m.

[0063] Em uma modalidade vantajosa, como ilustrada nas Figs. 1a e 2, - a seção 240 do tubo trocador de calor estende-se reta da primeira área 122 da parede da caldeira para a segunda área 124 da parede da caldeira.

[0064] Nesta modalidade, a seção 240 do tubo trocador de calor tem, em todos seus pontos, uma direção longitudinal, que é paralela à primeira direção longitudinal do tubo trocador de calor. Como apresentado acima, o tubo trocador de calor 200 pode dobrar no duto de fluxo 215, por exemplo, menos do que 90 graus, ou de acordo como raio de curvatura, porém dobrar não é tecnicamente vantajoso, em vista da manufatura. Em vista da manufatura, é tecnicamente vantajoso que o tubo interno 210 possa ser inserido através do tubo externo 220 em sua direção longitudinal. Isto é possível, por exemplo, quando o tubo externo 220 é reto.

[0065] Como apresentado acima e na Fig. 1a, a primeira seção 202 pode consistir da segunda seção 240. Com referência à Fig.1a, a primeira seção 202 do tubo trocador de calor não necessariamente consiste da segunda seção do tubo trocador de calor. Na modalidade da Fig. 1b, - o dispositivo térmico 100 compreende o isolador 255, adjacente à primeira parede 112 e estendendo-se da primeira área 122 da parede do dispositivo até o duto de fluxo 115 para gases. - o isolador 255, adjacente à primeira parede 112, é arranjado para isolar pelo menos o tubo interno 210 do tubo trocador de calor 200 do duto de fluxo 115 para gases. - o dispositivo térmico 100 compreende o isolador 257, adjacente à segunda parede 114 e estendendo-se da segunda área 124 da parede do dispositivo até o duto de fluxo 115 para gases. - o isolador 257 adjacente à segunda parede é arranjado para isolar pelo menos o tubo interno 210 do tubo trocador de calor do duto de fluxo 115 para gases, e - a segunda seção 240 do tubo trocador de calor estende-se do isolador 255, adjacente à primeira parede do dispositivo ao isolador 257 adjacente à segunda parede do dispositivo.

[0066] Tal estrutura isolada é ilustrada na Fig. 1g2, em que o tubo interno 210 é somente isolado pelo isolador 255, 257 adjacente à (primeira ou segunda) parede.

[0067] É óbvio que o isolador pode ser alternativamente usado com relação a somente uma parede, por exemplo, a primeira parede (não mostrada na figura). Assim, - o dispositivo térmico 100 compreende o isolador 255, adjacente à parede e estendendo-se da primeira área 122 da parede do dispositivo ao duto de fluxo 115 para gases. - o isolador 255, adjacente à parede, é arranjado para isolar pelo menos o tubo interno 210 do tubo trocador de calor do duto de fluxo 115 para gases, e - a segunda seção 240 do tubo trocador de calor estende-se do isolador 255, adjacente à parede, até a segunda área 124 da parede do dispositivo.

[0068] Alternativamente, é possível, por exemplo, que - o dispositivo térmico 100 compreenda o isolador 255 adjacente à parede e estendendo-se da primeira área 122 da parede do dispositivo até o duto de fluxo 115 para gases, - o isolador 255, adjacente à parede, é arranjado para isolar pelo menos o tubo interno 210 do tubo trocador de calor do duto de fluxo 115 para gases, - o tubo interno da primeira seção do tubo trocador de calor é não-isolado do duto de fluxo para gases em uma área não-isolada 270 de tal maneira que - a área não isolada 270 estende-se da segunda área 124 da parede do dispositivo para o duto de fluo 115 para gases, e - a segunda seção 240 do tubo trocador de calor estende-se do isolador 265 adjacente à parede do dispositivo para a área não-isolada 270.

[0069] O comprimento da área não-isolada 270 é vantajosamente curta, como apresentado acima.

[0070] Com referência à Fig. 1c, é possível que o tubo trocador de calor compreenda uma dobra ou curva, possivelmente mesmo uma curva abrupta. Como apresentado acima, em tal dobra é, entretanto, muito difícil prender a condutividade de calor local do tubo com uma estrutura encamada, porque a espessura da camada média 230 (Figs.1g1 e 1g4) é difícil de controlar. Assim, como mostrado na Fig. 1c, o tubo trocador de calor compreende uma primeira segunda seção 240 e uma segunda segunda seção 240b. Estas segundas seções 240 e 240b são representadas pelos detalhes apresentados acima, relativos à segunda seção, tal como estrutura reta e encamada.

[0071] Assim, o tubo trocador de calor compreende uma seção termicamente isolada 250, em cuja seção250 a primeira seção 202 do tubo pode dobrar mesmo abruptamente. Na seção termicamente isolada 250, o isolador 260 (Figs. 1g3 e 1g4) pode isolar meramente o tubo interno 210do duto de fluxo 115 para gases, como mostrado na Fig. 1g3, ou o isolador térmico 260 pode isolar o tubo externo 220 do duto de fluxo 115 para gases, como mostrado na Fig. 1g4. Nestas modalidades, - a primeira seção 202 do tubo trocador de calor compreende uma seção termicamente isolada 250 no duto de fluxo 115 para gases, em cuja seção termicamente isolada 250 - o tubo interno 210 não é incluído pelo tubo externo e o tubo interno 210 da seção termicamente isolada 250 é termicamente isolada por meio de um isolador térmico 260 dos gases do duto de fluxo 115, como mostrado na Fig. 1g3, ou - o tubo interno 210 é incluído pelo tubo externo 220 e o tubo externo 220, da seção termicamente isolada 250, é termicamente isolado, por meio do isolador térmico 260, dos gases do duto de fluxo 115, como mostrado na Fig. 1g4.

[0072] Por exemplo, cerâmicas, argamassa ou massa de vidraceiro podem ser usados como o isolador 255, 257 adjacente à parede e/ou como o isolador 260 na área termicamente isolante 250. A condutividade térmica k do isolador (255, 257, 260) é vantajosamente menor do que 75 W/mK (Watts por metro e Kelvin), mais vantajosamente menor do que 50 W/mK, ou mesmo mais vantajosamente menor do que 10 W/mK, as condutividades térmicas sendo dadas em temperatura ambiente 20oC. Por exemplo, argamassa pode ser usada como isolante. Por exemplo, neste caso, a condutividade térmica do isolante (255, 257, 260) pode ser menor do que 2,5 W/mK. A condutividade térmica de, por exemplo, algumas cerâmicas, é de algumas dezenas de W/mK, por exemplo, 60 W/mK para carbeto de sílício (SIC), 32 W/mK para óxido de alumínio (Al2O3) e 20 W/mK para nitreto de silício (Si3N4). A espessura t do isolador (255, 257, 260) é vantajosamente de pelo menos 0,5 mm, mais vantajosamente de pelo menos 1 mm e mesmo mais vantajosamente de pelo menos 2 mm. Se necessário, o revestimento cerâmico pode ser fino. Preferivelmente, o revestimento é mais espesso quando argamassa ou massa de vidraceiro é usada. Assim, a superfície externa do tubo trocador de calor pode ser equipada com protrusões, tais como pinos, para manter o isolador em posição. Isto pode ser feito particularmente quando fixando-se o isolador 255,257 adjacente à parede. Neste caso, a espessura do isolador pode ser, por exemplo, de 10 a 30 mm. Em uma modalidade, o isolador 255, 257, adjacente à parede, é fixado no tubo trocador de calor (tubo externo ou tubo interno) por meio de protrusões.

[0073] O isolador 255, 257, 260, por exemplo, GUNNING ou cerâmica, pode ser selecionado de modo que o isolador 260 seja resistente ao calor e proveja o desejado nível de transferência de calor do duto de fluxo 115 para o tubo trocador de calor 200. O desejado nível de transferência de calor pode depender, p. ex., do local do tubo trocador de calor. Por exemplo, a espessura e a condutividade térmica podem ser selecionadas de modo que a capacidade de conduzir calor (isto é, condutância) da camada isolante, como determinado pela condutividade térmica k e a espessura t pela fórmula k/t, não seja mais elevada do que 80.000 W/m2K, mais vantajosamente não mais elevada do que 30.000 W/m2K, onde a condutividade térmica k é dada na temperatura ambiente de 20oC. Além disso, o isolador (255, 257, 260) deve suportar temperaturas correspondendo à temperatura operacional. Vantajosamente, o isolador (255, 257, 260) suporta temperaturas mais elevadas do que 900oC, tais como mais elevadas do que 1000oC, sem fusão ou queima; opcionalmente o isolador não tem que suportar temperaturas mais elevadas do que 1500oC.

[0074] Com referência à Fig. 1d, em uma modalidade compreendendo uma área termicamente isolante 250, o tubo trocador de calor é isolado em a área por tanto material isolante como uma proteção 252. O material isolante pode ser argamassa ou massa de vidraceiro, como descrito acima. Além disso, a proteção 252 pode ser, por exemplo, uma peça resistente a calor, que seja pelo menos parcialmente aberta no topo, tal como uma cuba ou uma caixa. A peça que é pelo menos parcialmente aberta no topo pode ser, por exemplo, uma cuba ou caixa. A seção de dobra ou o tubo trocador de calor 200 pode ser provido dentro da peça 252 e a argamassa ou massa de vidraceiro pode ser fundida na caixa, em que a argamassa ou massa de vidraceiro atuará como o isolante 260. Tal configuração é fácil de implementar e, além disso, a peça 252, que é aberta no topo, protegerá o material isolante 260 deixado entre o tubo trocador de calor e a peça 252.

[0075] Vantajosamente, em tal área isolante dobradiça 250, o tubo trocador de calor 200 não compreende um tubo externo 220. Isto é devido ao fato de que o tubo trocador de calor é normalmente feito de um tubo reto por dobragem. Durante a dobragem, avaria, tal como microfraturas, ocorre particularmente no ponto de dobra. Se nenhum tubo externo 220 for usado no ponto a ser dobrado, a condição do ponto dobrado do tubo interno 210, após a dobra, pode ser assegurada mais facilmente do que a condição de uma estrutura em que o tubo interno 210 seria incluído pelo tubo externo 220.

[0076] Como pode ser visto pelas figuras 1a a 1c, nestas modalidades, - pelo menos o tubo interno 210 estende-se da primeira área 122 da parede para o lado externo do duto de fluxo 115 para gases, e - pelo menos o tubo interno 210 estende-se da segunda área 124 da parede para o lado externo do duto de fluxo 115 para gases.

[0077] De acordo com as Figs. 1a a 1f, pelo menos uma seção do tubo trocador de calor 200, particularmente a segunda seção 240, é arranjada no duto de fluxo 155 para gases, delimitado pelas paredes 112, 114 e, desse modo, pelo menos uma seção do tubo trocador de calor, particularmente sua segunda seção 240, é arranjada em uma distância das paredes 112, 114. Tal distância pode ser, por exemplo, maior do que 15 cm, tal como maior do que 50 cm ou maior do que 1 m. Consequentemente, o “tubo trocador de calor 200” não se refere a um tubo trocador de calor possivelmente estendendo-se na parede 112, 114. Um queimador, tipicamente, compreende diversos tubos trocadores de calor da espécie acima descrita, e/ou suas seções, que constituem um trocador de calor, tal como um superaquecedor. Entretanto, o trocador de calor não é necessariamente uma unidade separada, colocada no duto de fluxo 115, porque o tubo interno210 pode também estender-se fora do duto de fluxo 115, graças aos furos atravessantes colocados nas áreas 122 e 124 da parede (ou paredes). Se as áreas 122 e 124 forem opostas ou angulares entre si, a distância entre as áreas 122 e 124 pode ser, por exemplo, de pelo menos 0,5 m, tal como pelo menos 1 m, tipicamente pelo menos 2 m ou pelo menos 3 m. Nas modalidades de acordo com as Figs.1a a 1c, a distância entre as áreas 122 e 124 pode, por exemplo, ser de 1 m a 10 m, vantajosamente 3 m a 6 m. Uma curta distância assegurará suficiente estabilidade da estrutura; por outro lado, uma longa distância assegurará uma suficiente capacidade de recuperação de calor. Nestas modalidades, o comprimento da segunda seção 240 pode também ser, por exemplo, de 1 a 10 m, vantajosamente de 3 a 6 m, como descrito acima. Nestas modalidades, a primeira seção 202 do tubo trocador de calor é submetida a significativas forças de cisalhamento, porque os tubos estendem-se substancialmente perpendiculares à força de gravidade.

[0078] Ainda algumas modalidades são mostradas nas Figs. 1d e 1e. Nestas modalidades, a primeira seção 202 do tubo trocador de calor dobra-se 180 graus, porém a dobra é, como mostrado na Fig. 1c, protegida com um isolante 260; em outras palavras, a primeira seção 202 do tubo trocador de calor compreende uma seção termicamente isolada 250 no duto de fluxo 115 para gases. A seção termicamente isolada 250 divide a primeira seção 202 em duas segundas seções: a primeira seção 240 e a segunda seção 240b. Nas Figs. 1d e 1e, a primeira parede do dispositivo é o topo do dispositivo.

[0079] Na modalidade da Fig. 1d, - a primeira parede 112 compreende a primeira área 122 da parede do dispositivo e - o dispositivo térmico 100 compreende o isolante 255 adjacente à parede e estendendo-se da primeira área 122 da parede do dispositivo para o duto de fluxo 155 para gases, - a segunda seção 240 do tubo trocador de calor estende-se do isolante 255, adjacente à parede do dispositivo, para a seção termicamente isolada 250, e - o isolante 255, adjacente à parede, é arranjado para isolar pelo menos o tubo interno 210 do tubo trocador de calor do duto de fluxo 115,

[0080] Na modalidade da Fig. 1e, por sua vez, - a primeira parede 112 compreende uma primeira área 122 da parede do dispositivo e - a segunda seção 240, do tubo trocador de calor, estende-se da primeira área 122 da parede do dispositivo para a seção termicamente isolada 250.

[0081] Na Figura 1f, o tubo trocador de calor 200 compreende duas primeiras seções: uma primeira primeira seção 202a e uma segunda primeira seção 20b. Cada primeira seção 202a, 202b compreende uma segunda seção, por exemplo, a primeira primeira seção 202a compreende uma primeira segunda seção 240e a segunda primeira seção 202b compreende uma segunda segunda seção 240b. Na Fig. 1f, o topo da estrutura atua como a primeira parede112. O dispositivo térmico compreende um nariz e cada primeira seção 202a, 202b estende-se da parede 112 para o nariz 180. Cada primeira seção 202a, 202b compreende, em cada extremidade, um isolante 255, 257 adjacente à parede. As segundas seções 240 e 240b estendem-se entre os isolantes. O isolante 257 estende-se do nariz 180 para o duto de fluxo de gases. O nariz 180 constitui uma segunda parede 114.

[0082] Nas modalidades de acordo com as Figs. 1d a 1f, o comprimento da segunda seção 240 pode também ser claramente mais longo do que o descrito acima. Por exemplo, o comprimento da segunda seção pode ser de 1 a 25 m, vantajosamente de 3 a 15 m. Nestas modalidades, a primeira seção 202, 202a, 202b do tubo trocador de calor não é submetida a significativas forças de cisalhamento, porque os dutos estendem-se em um pequeno ângulo para força de gravidade.

[0083] Preferivelmente, e como mostrado nas Figs. 1a, 1e e 2, a segunda seção 240, 240b do tubo trocador de calor estende-se da primeira área da parede do dispositivo para o duto de fluxo para gases. Isto fornece a vantagem de que pelo menos a seção do tubo trocador de calor, adjacente à parede, é isolada em pelo menos o tubo externo do duto de fluxo para gases. O tubo externo 220 foi constatado ser uma solução que é mais durável, em vista da proteção de corrosão, e mais útil (por exemplo substituível) do que o uso do isolador 255. Além disso, a estrutura pode, assim, ser tornada mecanicamente mesmo mais estável pela conexão do tubo externo à parede, por exemplo, por soldagem.

[0084] Tal estrutura tem algumas vantagens técnicas.

[0085] Primeiramente, a camada intermediária 230 isola o tubo interno 210 termicamente do tubo externo 220. Assim, há pouca transferência de calor do lado externo para o tubo interno 210 e mais para o meio de transferência de calor. Como resultado, as perdas térmicas em tal duto ocorrem mais na camada intermediária 230 e não no tubo interno 210. Consequentemente, mesmo se o tubo trocador de calor 200 for colocado em um ambiente (duto 115) em que uma muito elevada temperatura prevalece, em que a temperatura de superfície do tubo trocador de calor 200 eleva-se alto, a temperatura do tubo interno 210 não se torna demasiado elevada em vista dos regulamentos para projetar o material do tubo interno. Em uma maneira correspondente, se a temperatura da superfície interna do tubo interno 210 for para ser elevada a fim de formar um meio de transferência de calor mais quente, a estrutura encamada, de acordo com a Fig.1g1, pode ser usada, particularmente ajustando-se a espessura da camada média 230, para assegurar que a temperatura da superfície externa do tubo interno 210 não se torne demasiado elevada, em vista da durabilidade do material. Em razão do tubo interno 210 conter meio de transferência de calor sob pressão durante o uso, o tubo interno 210 deve suportar a respectiva pressão. Sabe-se que materiais são menos capazes de suportar pressão em uma elevada temperatura do que em uma baixa temperatura. A temperatura “demasiado elevada” refere-se à temperatura em que o tubo interno 210 não é mais capaz de suportar a pressão prevalecendo nele. Em uma maneira correspondente, a camada média 230 não necessita suportar pressão, porque a pressão é absorvida pelo tubo interno 210. Além disso, o tubo externo 220 não necessita suportar pressão. No duto de fluxo para gases, a primeira seção 202 do tubo trocador de calor, ou do tubo interno 210 da primeira seção 202 do tubo trocador de calor, é, através de seu inteiro comprimento ou quase seu inteiro comprimento, isolada do duto de fluxo para gases, por meio do tubo externo e/ou um isolante, como apresentado acima. Desta maneira, é evitado que a temperatura do tubo interno torne-se demasiado elevada, em vista do nível de pressão prevalente localmente, por exemplo, em um ponto não-isolado. Além disso, a condensação de uma substância corrosiva na superfície externa do tubo interno é evitada. A solução pode compreender áreas não-isoladas 270, como apresentado acima (Fig. 1i). Preferivelmente, tais áreas estão somente presentes nas vizinhanças das outras superfícies de recuperação de calor, tais como a parede 112, 114. Isto foi descrito em mais detalhes acima. Vantajosamente, a distância de todos os pontos das áreas não-isoladas 270 para as superfícies de recuperação de calor do dispositivo térmico (excluindo o próprio tubo trocador de calor 200) não é maior do que 15 cm, mais vantajosamente não maior do que 10 cm. Em tal ponto, a temperatura dos gases no duto de fluxo 115 é típica e claramente menor do que no centro do duto de fluxo.

[0086] Em segundo lugar, o tubo externo 220 protege as estruturas dentro dele, isto é, o tubo intermediário 230 e o tubo interno 210, da corrosão e desgaste mecânico. O tubo externo 220 é vantajosamente uma única peça, e que o tubo externo eficazmente protege a camada intermediária 230 e o tubo interno 210 de desgaste mecânico. Tal tubo externo de peça única 220 é, por exemplo, sem solda. Além disso ou alternativamente, tal tubo externo e peça única 220 é, por exemplo, sem furos. Além disso, o tubo externo 220 pode proteger a camada isolante 230 e o tubo interno 210 através pelo menos do inteiro comprimento do duto de fluxo 115 para gases. Consequentemente, a segunda seção 240 do duto vantajosamente compreende um tubo externo de peça única 220 estendendo-se sobre seu inteiro comprimento. Ainda mais vantajosamente, tal segunda seção estende-se através do inteiro comprimento da primeira seção 202.

[0087] Em terceiro lugar, em razão de a temperatura de superfície do tubo externo 220 ser elevada, como descrito acima, nenhuma substância corrosiva, tais como sais, condensarão em sua superfície. O mesmo também se aplica à área isolada 250. Os sais condensam-se dos gases de combustão sobre os serviços de recuperação de calor, quando a pressões parciais do vapor do gás de combustão excede a pressão do vapor saturado. A pressão do vapor saturado, por sua vez, é significativamente dependente da temperatura. Em um processo de combustão, os sais da fase vapor são formados nos gases de combustão em tais quantidades que condensação ocorre, tipicamente, por exemplo, quando a temperatura da superfície de recuperação de calor é mais baixa do que 550oC, mais baixa do que 550oC ou mais baixa do que 600oC. Em uma maneira correspondente, a condensação não ocorre se a temperatura de superfície da superfície de recuperação de calor for mais elevada. Vantajosamente, durante a operação, a temperatura da superfície externa do tubo externo 220do tubo trocador de calor 200 é pelo menos de 550oC, pelo menos 600oC, ou pelo menos 650oC, tal como cerca de 670oC ou mais elevada. No uso do dispositivo térmico, - o meio de transferência de calor é permitido fluir no tubo interno, de tal maneira que - a temperatura da superfície externa do tubo externo é mais elevada do que 600oC.

[0088] Além disso, o vapor é vantajosamente usado como o meio de transferência de calor.

[0089] Quanto a outras áreas não-isoladas 270 nas vizinhanças das superfícies de recuperação de calor, é observado que, em temperaturas mais baixas, o problema de corrosão é reduzido pelas razões acima descritas.

[0090] Em quarto lugar, a estrutura torna possível utilizarem-se combustíveis tendo um mais elevado teor de metais pesados ou cloro do que usual. Como apresentado acima, a temperatura da superfície externa do tubo externo 220 eleva-se muito por causa da camada de isolamento 230. Assim, a condensação de metais pesados e/ou cloretos (p. ex., NaCl, KCl) na superfície externa do tubo externo 220 é evitada ou pelo menos reduzida a uma extensão muito significativa. Consequentemente, a caldeira 100 pode ser usada mesmo por longos tempos, sem manutenção mesmo se o conteúdo de metais pesados e/ou cloretos nos gases de combustão for mais elevado do que nos gases de combustão das caldeiras da técnica anterior. Além disso, isto possibilita a aplicação dos combustíveis na caldeira.

[0091] Em quinto lugar, mesmo embora a estrutura encamada, apresentada no tubo trocador de calor 200, aumente a massa do tubo trocador de calor 200, a estrutura apresentada conterá a massa do tubo trocador de calor 200, porque a segunda seção 240 do tubo trocador de calor estende-se no duto de fluxo 115 para os gases de combustão aproximadamente na mesma direção através de seu inteiro comprimento, ou não tem dobras abruptas, como descrito acima em mais detalhes. Se a segunda seção 240 do tubo torcesse no duto de fluxo 115 para gases de combustão, a segunda seção 240 do tubo trocador de calor submeteria suas estruturas de suporte a um torque relativamente elevado, ou o duto de fluxo 115 deveria ser encaixado com as estruturas de suporte separadas. Devido a este suporte, o comprimento da segunda seção 240 é vantajosamente relativamente curto, pelo menos quando a segunda seção é horizontal, como será apresentado mais abaixo.

[0092] Vantajosamente, os dutos 210, 220 têm uma seção transversal circular. Os tubos desta espécie são tecnicamente fáceis de manufaturar e, além disso, eles são mais resistentes à pressão do que os tubos de outros formatos.

[0093] O diâmetro interno do tubo interno 210 pode por exemplo, ser de 30 a 60 mm, tal como 40 a 50 mm, vantajosamente cerca de 45 mm, tal como 42 a 46 mm. A espessura da casca do tubo interno pode ser, por exemplo, de 4,5 a 7,1 mm. A espessura da casca refere-se à espessura da parede do duto, isto é, a metade da diferença entre o diâmetro externo e o diâmetro interno. O tubo interno 210 pode compreender, por exemplo, aço. O tubo interno 210 pode compreender, por exemplo, aço ferrítico ou austenítico. Vantajosamente, o tubo interno 210 compreende aço austenítico.

[0094] A espessura da camada intermediária 230 é vantajosamente de0,5 a 4 mm, tal como 1 a 2 mm. A camada intermediária pode compreender meio sólido, líquido ou gasoso. A camada intermediária pode compreender pelo menos um dos seguintes: gás (tal como gás de combustão, ar, gás de síntese, vapor de pirólise), massa de vidraceiro e cerâmica.

[0095] Vantajosamente, a camada intermediária compreende massa de vidraceiro e a espessura da camada de massa de vidraceiro é de 1 a 2 mm. A massa de vidraceiro pode ser selecionada, por exemplo, de modo que seja resistente (sem queima e/ou fusão) a temperaturas mais elevadas do que pelo menos 700oC, porém possivelmente não mais elevadas do que 1000oC.

[0096] O diâmetro interno do tubo externo 220 é dimensionado de acordo com o diâmetro externo do tubo interno 210 e a espessura da camada intermediária 230. Em razão da camada intermediária 230 poder compreender gás, o aumento do diâmetro interno do tubo externo 220 aumentará a espessura da camada isolante 230, se o diâmetro externo do tubo interno 210 não for aumentado em uma correspondente maneira. O diâmetro interno do tubo externo 220 pode ser, por exemplo, de 35 a 70 mm. A espessura da casca do tubo externo 220 pode ser, por exemplo, de 4,5 a 7,1 mm. O tubo externo 220 pode compreender, por exemplo, aço. O tubo externo 220 pode compreender, por exemplo, aço ferrítico ou austenítico. Vantajosamente, o tubo externo 220 compreende aço austenítico.

[0097] Tipicamente, em um dispositivo térmico, tal como uma caldeira, a temperatura depende da localização e, particularmente, da altura, em vista do forno 110. Nas Figs. 1a a 1c e na Fig. 2, - a primeira seção 202 do tubo trocador de calor é horizontal, ou a direção longitudinal da primeira seção forma um ângulo menor do que 30 grau1s em cada seu ponto com o plano horizontal. O ângulo pode também ser, por exemplo, menor do que 20 graus, menor do que 10 graus ou menor do que 5 graus. O termo “horizontal” refere-se a uma linha no plano horizontal, tal como um tubo curvado no plano horizontal ou um tubo horizontal. A expressão “cada ponto” especifica que a direção longitudinal do tubo depende do ponto de visão, se o tubo não for reto.

[0098] Isto fornece a vantagem de que o inteiro tubo externo 220 da segunda seção 240 do tubo trocador de calor será substancialmente na mesma temperatura. Pela colocação da segunda seção 240 na direção da altura é possível assegurar-se de que o inteiro tubo externo na mesma suficientemente elevada temperatura, em vista da condensação das substâncias corrosivas. Quando a inteira segunda seção 240 do tubo trocador de calor 200 é colocada substancialmente na mesma temperatura, é consideravelmente mais fácil, por um lado, dimensionar a estrutura, para possibilitar a produção do meio de transferência de calor e, por outro lado, não exceder ou situar-se abaixo das temperaturas operacionais dos materiais mesmo localmente, do que em uma situação em que os tubos trocadores de calor estenderam-se, por exemplo, verticalmente (Figs. 1d e 1e) ou em outra direção (Fig. 1f). Deve ser mencionado que, mesmo se a segunda seção 240 (ou as segundas seções 240, 240b) for horizontal, essa seção do tubo 200, que está fora do duto de fluxo 115, pode estender-se em outra direção, tal como a direção vertical, como mostrado na Fig. 2.

[0099] Em uma modalidade vantajosa, o comprimento da primeira seção 202 do tubo trocador de calor 200 é, por exemplo, mais curto do que 6 m, em que a primeira seção 202 do tubo trocador de calor 200 é auto sustentante na direção horizontal também. Auto-sustentante refere-se a uma estrutura que é sustentada em suas extremidades somente. Assim, não serão necessárias estruturas de sustentação separadas para a primeira seção 202 do tubo do duto de fluxo 115, para os gases de combustão. O tubo trocador de calor 200, particularmente o tubo interno 210, é sustentado na primeira e segunda áreas (122, 124), de que o tubo interno é transportado através da parede ou paredes. O comprimento da primeira seção 202 é vantajosamente não maior do que 5 m e mais vantajosamente não maior do que 4,5 m. Para conseguir uma suficiente capacidade de transferência de calor, o comprimento da primeira seção 240 é vantajosamente de pelo menos 1 m, tal como pelo menos 2 m e, mais vantajosamente, pelo menos 3 m. O comprimento da primeira seção 240 pode ser, por exemplo, de cerca de 4 m. O que foi dito aqui acerca do comprimento da primeira seção 202 também se aplica ao comprimento da segunda seção 240.

[00100] Além disso, na estrutura auto-suportante não há necessidade de suportar o tubo trocador de calor 200 ou suas seções no duto de fluxo 115 para gases de combustão. Em uma modalidade, a primeira seção 202 do tubo trocador de calor estende-se livremente no duto de fluxo 115. Assim, a primeira seção 202 do tubo trocador de calor não é suportada pelo resto da estrutura, tal como a parede (112, 114) do dispositivo térmico 100, o topo do dispositivo térmico 100, outro tubo trocador de calor 200, outra primeira seção 202b do mesmo tubo trocador de calor 100 ou outra segunda seção 240b do mesmo tubo trocador de calor 200. Tal estrutura estendendo-se livremente é tecnicamente mais fácil de manufaturar do que uma estrutura suportada. Além disso, a estrutura estendendo-se livremente não envolve estruturas de suporte, que conduziriam calor para o tubo trocador de calor. Além disso, a presença das estruturas suportantes tornaria mais difícil projetar a temperatura operacional adequada e manter o dispositivo térmico.

[00101] Com a solução apresentada, é possível elevar a temperatura externa do tubo externo 220 do tubo trocador de calor 200 tão elevada que nenhuma substância corrosiva se condense em sua superfície, tal como metais pesados e/ou sais alcalinos, particularmente cloreto de sódio (NaCl) ou cloreto de potássio (KCl). Durante a operação, a temperatura da superfície externa do tubo 200 é vantajosamente elevada, como descrito acima. Em uma maneira correspondente, durante a operação, a temperatura do meio de transferência de calor, tal como vapor, fluindo para dentro do tubo interno 210, é, por exemplo, de pelo menos 500oC, tal como pelo menos 530oC e, vantajosamente, pelo menos 540oC. Em um uso do dispositivo térmico, - o meio de transferência de calor é permitido fluir no tubo interno 210, - vapor é usado como o meio de transferência de calor, e - a temperatura do meio de transferência de calor, fluindo dentro do tubo interno 210, é de pelo menos 500oC, preferivelmente pelo menos 530oC.

[00102] Em tal uso, a temperatura do tubo interno 210 é, por exemplo, entre 500oC e 700oC e, vantajosamente, entre 500oC e 600oC.

[00103] Para obterem-se estes valores, algumas medições foram apresentadas acima. Além disso, em uma modalidade do dispositivo térmico 100, o tubo trocador de calor, de acordo com a invenção, é colocado de tal maneira, com respeito aos outros tubos de troca de calor e direções de fluxo, que os valores de temperatura são satisfeitos. Em algumas modalidades, a primeira seção do tubo trocador de calor é colocada em uma zona de temperatura desejada no dispositivo térmico 100, selecionando-se uma desejada posição de altura para a primeira seção 202 do tubo no dispositivo térmico 100, tal como uma caldeira.

[00104] A Figura 2 mostra uma maneira vantajosa de selecionar a desejada posição de altura e colocar a primeira seção 202 do tubo trocador de calor desta modalidade, - o dispositivo térmico 100 compreende diversos outros tubos de transferência de calor, tais como superaquecedores 154 e 156, dentro das paredes do duto de fluxo 115 para gases para recuperar calor, - o tubo trocador de calor 200 e os outros tubos de transferência de calor (154, 156) constituem um duto de fluxo contínuo para o meio de transferência de calor, para aquecer o meio de transferência de calor; e - o duto de fluxo para o meio de transferência de calor compreende, como seu último elemento de transferência de calor, colocado no duto de fluxo 115 para gases na direção de fluxo do meio de transferência de calor, uma primeira seção 202b do tubo trocador de calor 200. Em razão das diferentes primeiras seções poderem ser citadas como desejado, tal primeira seção pode ser a primeira seção 202 (não mostrada na figura).

[00105] Por exemplo na Fig. 2, o duto de fluxo para o meio de transferência de calor compreende superaquecedores 154 e 156, bem como um tubo trocador de calor 200, p. ex., suas segundas seções 240 e 240b. Na Fig. 2, as segundas seções 240 são também as primeiras seções 202, o isolador (255, 257) adjacente à parede não é mostrado. Assim, a primeira seção (seção 202b na figura) do tubo trocador de calor é exatamente o último elemento de transferência de calor, tal como um tubo trocador de calor ou um tubo transferência de calor, na circulação, colocado no duto de fluxo 115 para gases. De tal primeira seção 202b, que na Fg. 2 compreende a segunda segunda seção 240b, o meio de transferência de calor aquecido é transportador, via a circulação de retorno 420, para, por exemplo, a produção de energia. Após a primeira seção 202, o meio de transferência de calor aquecido não é transportado para um elemento de transferência de calor (tal como um tubo de transferência de calor ou o tubo trocador de calor) do duto de fluxo para gases.

[00106] Outra posição de altura vantajosa é também realizada na modalidade da Fig. 1d, nesta modalidade, - o dispositivo térmico 100 compreende diversos outros tubos de transferência de calor 152, 156 dentro das paredes do duto de fluxo 115 para gases, para recuperar calor, - o tubo trocador de calor 200 e os outros tubos de transferência de calor 152, 156 constituem um duto de fluxo contínuo para o meio de transferência de calor, para aquecer o meio de transferência de calor, e - o duto de fluxo para o meio de transferência de calor compreende a última primeira seção 202 do tubo trocador de calor colocado no duto de fluxo para gases, na direção do fluxo do meio de transferência de calor, e pelo menos um tubo de transferência de calor (tal como tubo 151 da Fig. 1d) colocado a jusante no duto de fluxo para gases, na direção do fluxo do meio de transferência de calor, e - a última primeira seção 202 do tubo trocador de calor é arranjada, na direção do fluxo do gás fluindo para fora do tubo externo, a montante dos tubos de transferência de calor (tubos 152 na Fig. 1d), colocado a jusante no duto de fluxo para gases na direção de fluxo do meio de transferência de calor.

[00107] Por exemplo, o duto de fluxo para o meio de transferência de calor mostrado na Fig. 1d compreende os superaquecedores 152 e 156, ser como um tubo trocador de calor 200, p. ex., suas segundas seções 240 e 240b. Na Fig. 1d, a primeira seção 202 compreende as segundas seções 240 e 240b. Assim, a primeira seção 202, mostrada na Fig. 1d, é, na direção do fluxo do meio de transferência de calor, a última primeira seção 202 do tubo trocador de calor colocada no duto de fluxo para gases. Além disso, o duto de fluxo para o meio de transferência de calor compreende um tubo de transferência de calor 152, colocado a jusante da seção 202 na direção de fluxo do meio de transferência de calor no duto de fluxo para gases. Na Fig. 1d, a última primeira seção 202 do tubo trocador de calor, isto é, a primeira seção 202, é arranjada na direção do fluxo do gás fluindo para fora do tubo externo 220, a montante dos tubos de transferência de calor 152 na direção de fluxo do meio de transferência de calor. A direção do fluxo dos gases é ilustrada com setas 175. Obviamente, o tubo 152 é colocado a jusante do tubo 200 na direção do fluxo dos gases.

[00108] Em tal uso, o tubo de transferência de calor não-isolado, a jusante da última primeira seção 202 do tubo trocador de calor da circulação intermediária, pode ser colocado no duto de fluxo para gases de combustão, em uma área cuja temperatura é, por exemplo, abaixo de 500oC. Além disso, quando a temperatura do meio aquecido da última primeira seção 202 do tubo trocador de calor é vantajosamente de pelo menos 500oC, nenhuma condensação ocorre na superfície do tubo não-isolado. Em um uso - o meio de transferência de calor é aquecido a uma primeira temperatura da primeira seção 202 do tubo trocador de calor colocado por último no duto de fluxo para gases, na direção do meio de transferência de calor, - pelo menos um o tubo de transferência de calor 152, a jusante na direção de fluxo do meio de transferência de calor, é arranjado em uma área em que uma segunda temperatura é prevalecente no duto de fluxo para gases, e - a segunda temperatura não é mais elevada do que a primeira temperatura.

[00109] Assim, o tubo trocador de calor 200, com uma estrutura encamada, particularmente a primeira seção 202, 202b do tubo trocador de calor colocado por último no duto de fluxo para gases, é arranjado em um local mais quente do que o dos outros tubos de transferência de calor. Na primeira seção 202, 202b do tubo trocador de calor colocado por último no duto de fluxo para gases, o meio de transferência de calor aquecido é, em tal solução, tipicamente tão quente que nenhuma condensação significativa de substâncias corrosivas ocorrerá na superfície dos tubos de transferência de calor a jusante. Se o elemento de transferência de calor colocado por último no duto de fluxo 115 para gases, na direção do fluxo do meio de transferência de calor, for uma estrutura da espécie acima descrita, a estrutura não compreende tubos de transferência de calor em que substâncias corrosivas se condensariam a jusante.

[00110] Vantajosamente, o tubo trocador de calor 200 é arranjado próximo ao ponto de formação de calor. Por exemplo, em uma caldeira, a distância entre a primeira seção 202 do tubo trocador de calor 200 com uma estrutura encamada, mais próxima da grade 102 (na direção do fluxo dos gases de combustão), e a grade 102, pode ser, por um lado, de pelo menos 5 m ou pelo menos 10 m, para assegurar um suficientemente grande forno 110. Por outro lado, a distância entre uma primeira seção 202 do tubo trocador de calor 200 com uma estrutura encamada e a grade 102 pode ser, por exemplo, não maior do que 50 m, não maior do que 40 m, ou não maior do que 35 m, para assegurar o calor do ambiente do tubo trocador de calor 200 durante a operação. Em uma maneira correspondente, a altura da primeira seção 202 do tubo trocador de calor 200 do dispositivo térmico 100, acima da superfície da terra, pode ser, por exemplo, não maior do que 60 m, não maior do que 40 m ou não maior do que 35 m. Em uma correspondente maneira, a altura da primeira seção 202 do tubo trocador de calor 200 do dispositivo térmico 100, acima da superfície da terra, pode ser, por exemplo, de pelo menos 5 m ou pelo menos 10 m.

[00111] Com referência à Fig. 2, o dispositivo térmico de acordo com uma modalidade compreende - um meio 300 para alimentar um agente auxiliar, para alimentar um agente auxiliar para o processo, tal como um agente auxiliar para o processo de combustão, por exemplo, para o forno ou a área de processamento, - uma parte de cujo meio 300, para alimentar um agente auxiliar, é colocada no duto de fluxo 115 para gases, e - a parte do meio 300, para alimentar um agente auxiliar, é colocada a jusante da primeira seção 202 ou outra primeira seção 202 do tubo trocador de calor 200 na direção de fluxo dos gases.

[00112] Isto fornece a vantagem de que o agente auxiliar é somente suprido para os gases de combustão esfriados pelo tubo trocador de calor 200, por meio do que o efeito dos agentes auxiliares é melhorado.

[00113] O agente auxiliar é preferivelmente líquido, por exemplo, uma solução aquosa de um agente de reação. O meio 300 compreende um tubo ou similar, para alimentar o agente auxiliar líquido para o duto de fluxo 115 para gases, e um ou mais bocais 310. Vantajosamente, o meio de alimentação 300 estende-se através do duto de fluxo 115 através de seu inteiro comprimento em uma direção, em que o agente auxiliar pode ser suprido através de substancialmente a inteira área do duto de fluxo na direção de sua seção transversal.

[00114] O agente auxiliar compreende pelo menos um dos seguintes: amônia (NH3), íon de amônio (NH4+), sulfato férrico (Fe2(SO4)3), sulfato ferroso (FeSO4), sulfato de alumínio (Al2(SO4)3), sulfato de amônio ((NH4)2SO4), sulfato de amônio hidrogênio ((NH4)HSO4), ácido sulfúrico (H2SO4) e enxofre (S), bem como soluções aquosas destes. Vantajosamente, o agente auxiliar compreende amônia (NH3) ou íons de amônio (NH4+). Uma maneira de operar a caldeira 100 é utilizar o meio para alimentar o agente auxiliar para suprir a caldeira com um agente auxiliar que compreenda amônia (NH3) ou íons de amônio (NH4+). Em uso do dispositivo térmico, - os meios para alimentar um agente auxiliar são usados para suprir o dispositivo térmico com um agente auxiliar. - o agente auxiliar compreendendo pelo menos um dos seguintes: amônia (NH3), íon de amônio (NH4+), (Fe2(SO4)3), (FeSO4), (Al2(SO4)3), ((NH4)2SO4), ((NH4)HSO4), (H2SO4) e enxofre (S), bem como soluções aquosas destes. Em uma modalidade vantajosa, o agente auxiliar compreende amônia (NH3) ou íons de amônio (NH4+).

[00115] Ainda com referência à Fig. 2, uma modalidade compreende - um primeiro trocador de calor compreendendo o tubo trocador de calor 200 e ainda diversos tubos de trocadores de calor 200, que compreendem algum tubo interno 210, pelo menos um tubo externo 220 e uma camada intermediária 230 permanecendo entre o tubo externo e uma seção de um tubo interno, - um segundo trocador de calor, compreendendo diversos tubos de transferência de calor, - o primeiro trocador de calor sendo arranjado a montante do segundo trocador de calor na direção do fluxo dos gases, - o segundo trocador de calor sendo afastado do primeiro trocador de calor, em que um espaço 350 é deixado entre o segundo trocador de calor e o primeiro trocador de calor, - parte do meio 300 para alimentar um agente auxiliar sendo colocado no duto de fluxo 115 para gases, e - a parte do meio 300 para alimentar um agente auxiliar sendo arranjada no espaço 350.

[00116] Por exemplo, o sistema de transmissão de compressor pode ser arranjado no topo da área de processamento 110 do dispositivo térmico 100, como mostrado na Fig. 2. O segundo trocador de calor pode ser, por exemplo, uma unidade de tubo convencional, compreendendo diversos tubos de transferência de calor. Em uma modalidade mostrada na Fig.2, o segundo trocador de calor é um superaquecedor secundário 154.

[00117] Obviamente, uma parte dos tubos dos meios para alimentar um agente auxiliar é colocada fora da caldeira. Além disso, é óbvio que outros meios para alimentar um agente auxiliar podem ser colocados em outras partes da caldeira.

[00118] Com referência à Fig. 2, uma modalidade da caldeira 100 compreende - uma primeira seção 202 do tubo trocador de calor, isto é, a primeira primeira seção 202 do tubo trocador de calor, - o tubo trocador de calor compreende uma segunda primeira seção 202b, estendendo-se de uma parede (a segunda parede 114, Fig. 2) à mesma ou outra parede (a primeira parede 112, Fig. 2) do duto de fluxo para gases, - a segunda primeira seção 202b ou o tubo interno da segunda primeira seção 202b sendo isolado através de seu inteiro comprimento do duto de fluxo para gases por meio de um segundo tubo externo e/ou um isolador, e - o tubo interno 210 conectando a primeira primeira seção do tubo trocador de calor com a segunda primeira seção do tubo trocador de calor fora do duto de fluxo para gases.

[00119] Desta maneira é fácil guiar o tubo interno 210 de volta para o duto 115 e um área isolada separada 150 não é necessária, embora as primeiras seções estendam-se diretamente no duto de fluxo 115.

[00120] É também possível que a segunda primeira seção 202b seja somente isolada através de quase seu inteiro comprimento a partir do duto de fluxo 115, como apresentado anteriormente (vide alternativas A, A1, A2 e B acima). A segunda primeira seção compreende pelo menos um tubo interno, que é, da maneira acima descrita, isolado por pelo menos a maior parte do duto de fluxo 115 para gases. Além disso, a segunda primeira seção pode compreender, e vantajosamente compreende, uma segunda segunda seção, onde um tubo externo inclui o tubo interno da segunda primeira seção.

[00121] Na Fig. 2, a primeira primeira seção 202 estende-se da primeira área 122 da parede do dispositivo para a segunda área 124 da parede do dispositivo, na direção do fluxo do meio de transferência de calor e a segunda primeira seção 202b estende-se da segunda área 124 da parede do dispositivo para a primeira área 122 da parede do dispositivo na direção do fluxo do meio de transferência de calor.

[00122] Como descrito acima, a primeira primeira seção 202 compreende a primeira segunda seção 240. Vantajosamente, a segunda primeira seção 202b também compreende uma segunda segunda seção 240b. Além disso, seria possível para uma ou outra das primeiras seções 202, 202b compreender diversas segundas seções, como mostrado na Fig. 1c. Vantajosamente, as seções 240, 240b estendem-se direto dentro do duto de gás de combustão 115. Em uma modalidade, - a primeira segunda seção 240 do tubo trocador de calor estende-se diretamente dentro do duto de fluxo para gases, em que a primeira segunda seção 240 estende-se em uma direção longitudinal Sx, paralela à direção de fluxo do meio fluindo dentro do primeiro tubo. - o tubo trocador de calor compreende uma segunda segunda seção 240b estendendo-se diretamente no duto de fluxo para gases, em que a segunda segunda seção 240b estende-se em uma direção longitudinal -Sx paralela à direção de fluxo do meio fluindo dentro do segundo tubo. - a segunda direção longitudinal -Sx é oposta à primeira direção longitudinal Sx, e o tubo interno 210 conecta a primeira primeira seção 202 do tubo trocador de calor com a segunda primeira seção 202b do tubo trocador de calor fora do duto de fluxo 115 para gases.

[00123] Vantajosamente, somente o tubo interno 210 conecta a primeira primeira seção 202 do tubo trocador de calor com a segunda primeira seção 202b do tubo trocador de calor fora do duto de fluxo 115 para gases, porque a estrutura tornar-se-á mais simples. É naturalmente possível que também o tubo externo 220 estenda-se fora do duto de fluxo 115. Esta solução tem a vantagem de que desta maneira o tubo trocador de calor 200 ou um correspondente trocador de calor pode ser conectado à circulação de água do dispositivo 100, de tal maneira que as circulações de alimentação e retorno sejam no mesmo lado da caldeira, nas Figs. 2 e 5b do lado esquerdo. O mesmo efeito pode também ser conseguido empregando-se um tubo isolado e dobrado, como mostrado nas Figs. 1d e 1e. Nestas modalidades, o dispositivo térmico compreende - uma circulação de alimentação 410 do meio de transferência de calor, para alimentar o meio de transferência de calor para o tubo trocador de calor 200, e - uma circulação de retorno 420 do meio de transferência de calor, para retornar meio de transferência de calor do tubo trocador de calor 200, e - o tubo trocador de calor 200 é conectado à circulação de alimentação 410 e à circulação de retorno 420, no mesmo lado da primeira parede 112 da caldeira.

[00124] Vantajosamente, o tubo trocador de calor 200 é usado como o último superaquecedor da caldeira 100. Assim, a caldeira compreende - um meio para transportar meio de transferência de calor de um superaquecedor terciário 156 para o tubo trocador de calor 200.

[00125] Neste estágio, o vapor superaquecido tipicamente atua como o meio de transferência de calor.

[00126] Se o dispositivo térmico 100 compreende duas ou mais primeiras seções isoladas 202 da espécie acima descrita, de tal maneira que pelo menos duas seções (202, 202b) do tubo trocador de calor sejam afastadas na direção do fluxo de gases, as seções (202, 202b) são vantajosamente colocadas a jusante no duto de fluxo para gases, a jusante com respeito a tanto o meio como os gases. Para colocar mais precisamente, em tal dispositivo térmico - a segunda primeira seção 202b do tubo trocador de calor é colocada a jusante da primeira primeira seção 202 do tubo trocador de calor na direção do fluxo do meio fluindo dentro do tubo interno 210, e - a segunda primeira seção 202b do tubo trocador de calor é colocada a jusante da primeira primeira seção 202 do tubo trocador de calor na direção do fluxo do gás fluindo para fora do tubo trocador de calor.

[00127] Por exemplo, na Fig. 2, a segunda primeira seção22b é colocada acima da primeira primeira seção 202. Quando vapor superaquecido passa do lado interno da primeira primeira seção 202 para o lado interno da segunda primeira seção 202b, ao mesmo tempo os gases fluem para cima, isto é, da superfície externa da primeira primeira seção 202 para a superfície externa da segunda primeira seção 202b.

[00128] Em tal arranjo, ambas seções 202 e 202b são aquecidas mais uniformemente em relação entre si do que em um arranjo em que as seções 202, 202b foram colocadas a montante em relação ao fluxo. O aquecimento mais uniforme reduzirá tensões térmicas causadas e melhorará a durabilidade.

[00129] Preferivelmente, o superaquecedor terciário 156 é também dirigido para jusante, como mostrado na Fig. 2. A direção de fluxo do meio de transferência de calor fluindo do superaquecedor terciário158 é ilustrada com uma seta 405. O vapor superaquecido da circulação de retorno do superaquecedor terciário 156 é transportado ainda para a circulação de alimentação 410 do tubo trocador de calor 200 com uma estrutura encamada.

[00130] Durante a operação do dispositivo térmico, o meio de transferência de calor e o gás de combustão fluem da maneira acima descrita. Em outras ocasiões, o meio de transferência de calor e o gás de combustão dentro da caldeira 100 são arranjados para fluir da maneira acima descrita. A direção de fluxo do dispositivo térmico é óbvia para uma pessoa hábil na técnica. O meio de transferência de calor flui da entrada para uso, tal como para energizar a produção ou para o uso de calor. Os gases fluem da área de processamento para o uso, tal como para recuperação ou descarga de calor.

[00131] Na modalidade mostrada na Fig. 2, - a parede do dispositivo térmico, tal como uma caldeira, compreende um nariz 180 e - a primeira seção 202 do tubo trocador de calor estende-se do nariz 180.

[00132] Na Fig. 2 o nariz 180 compreende a segunda área 124 da parede do dispositivo. As áreas e paredes podem ser mencionadas livremente, por meio do que o nariz poderia, alternativamente, compreender a primeira área 122 da parede da caldeira. Além disso, a primeira parede112 da caldeira pode compreender o nariz 180, ou outra parede da caldeira pode compreender o nariz 180.

[00133] Quando o nariz 180 compreende a primeira 122 ou segunda 124 área da parede do dispositivo, o vão da primeira seção 202 (ou 202b) ou do tubo trocador de calor 200 torna-se mais curto, porque o nariz 180 estende- se da parede da caldeira em direção ao duto de fluxo 115 para gases. Desta maneira, o nariz forma uma protrusão na parede, estendendo-se para dentro do duto de fluxo para gases. O nariz torna o duto de fluxo para gases mais estreito. O vão mais curto estabiliza a estrutura dos tubos trocadores de calor 200. Acima, comprimentos vantajosos foram apresentados para a primeira seção 202 e para a segunda seção 240 do tubo trocador de calor 200, o comprimento correspondendo ao vão.

[00134] A Figura 3a mostra uma maneira de conectar o tubo trocador de calor 200 à primeira parede 112 do dispositivo térmico 100 na primeira área 122 da parede. Uma correspondente conexão pode ser provida na segunda área 124 da parede. A Figura 3a mostra a primeira área 122 da parede e suas vizinhanças, em uma vista lateral.

[00135] A parede 112 da caldeira mostrada na Fig. 3a compreende tubos de transferência de calor 510 para recuperar calor. Na primeira área 122, os tubos internos 210a a 210f são introduzidos através da parede e arranjados, no lado do duto de fluxo para gases de combustão, dentro dos tubos externos 220a,a a 220a, e 220b,a a 220bf da maneira acima descrita. Assim, os tubos externos pertencem às primeiras segundas seções 240a,x e às segundas segundas seções 240bx, onde x é a, b, c, d, e ou f. Em uma correspondente maneira, o tubo interno 210x é dividido em uma primeira primeira seção 202a,x e uma segunda primeira seção 202b,x. Pelo menos parte das primeiras seções 202a,x e 202b,x é incluída por um tubo externo 220a,x ou 220bx, respectivamente, da maneira acima descrita. Em razão de os tubos externos serem conectados às áreas 122, 124 e a temperatura das áreas ser menor do que a temperatura do duto de fluxo 115, a temperatura dos tubos externos 220 aumentará quando movendo-se das vizinhanças da área 122, 124 para as partes centrais do duto de fluxo. Isto resultará em um gradiente de temperatura no tubo externo e o gradiente de temperatura pode prejudicar a vida e serviço do tubo externo 220.

[00136] Na modalidade mostrada nas Figs. 3a e 3b, - a primeira 122 ou segunda 124 área da parede do dispositivo térmico 100 compreende um alojamento 450, - alojamento 450 este projetando-se da parede do dispositivo térmico, por exemplo, da primeira 112 ou segunda 114 parede, para fora do duto de fluxo 115 para gases, o alojamento 450 compondo um furo atravessante para transportar o tubo interno 210, 210a a 210e para fora da área de reação 110 do dispositivo térmico 110, tal como de um forno 110 de uma caldeira ou do duto de fluxo 115 para gases, e O a superfície interna do alojamento 450 sendo provida com o tubo externo 110, 2210a a 220e para proteger o tubo interno 210 do tubo trocador de calor 200 e, opcionalmente, a camada intermediária 230, O o isolador 255, 257 adjacente à parede estendendo-se da superfície interna do alojamento 450 até a área de reação 110 do dispositivo térmico ou até o duto de fluxo 115 para gases, ou O a área não-isolada 470 da primeira seção 202 (vide Fig. 1i) estendendo-se da superfície interna do alojamento 450 até a área de reação 110 do dispositivo térmico ou até o duto de fluxo 15 para gases.

[00137] Preferivelmente, o tubo externo 220 é hermeticamente preso à superfície interna do alojamento 450, de modo que os gases de combustão do duto de gás de combustão 115 não pode contatar a camada isolante 230 ou o tubo interno 210. O tubo externo pode ser, por exemplo, soldado ao alojamento 450.

[00138] O alojamento 450 pode também ser aplicado nas modalidades mostradas nas Figs. 1b e 1c. Assim, - o isolador 255, adjacente à parede, estende-se da superfície interna do alojamento 450 ao duto de fluxo 115 para gases, para proteger o tubo interno do tubo trocador de calor.

[00139] Além disso, como mostrado nas Figs 1i e 3b, é possível que a área não-isolada 270 do tubo interno 210 seja colocada no alojamento 450.

[00140] Quando o alojamento 450 projeta-se da parede da caldeira da maneira acima descrita, o fluxo de gases dentro do alojamento 450 é muito lento, em comparação com o fluxo dentro do duto de fluxo 115 para gases. Assim, pouca condensação corrosiva ocorre no alojamento. Primeiramente, em razão de o fluxo ser muito lento, a quantidade de gás de que a condensação pode ocorrer é reduzida. Assim, a condensação é reduzida também. Em segundo lugar, em razão de o calor ser recuperado dos gases dentro do alojamento, também, o gás dentro do alojamento esfriará a uma temperatura mais baixa do que a do gás fluindo no duto de fluxo 115. Em tais faixas mais frias, a corrosão é lenta, como descrito acima.

[00141] Além disso, a temperatura dentro do alojamento 450 aumenta da área de borda para o duto de fluxo 115. Na modalidade com o alojamento, a temperatura do tubo externo 220 aumenta através de uma extensão claramente maior do deslocamento do que em uma situação em que não há tal alojamento projetando-se. O comprimento maior de deslocamento, por sua vez, significa um gradiente de temperatura menor, que aumenta a vida em serviço, em comparação com uma modalidade sem o alojamento. Para reduzir a corrosão e para suficientemente reduzir o gradiente de temperatura, a profundidade L do alojamento (Fig. 3b) pode ser, por exemplo, de pelo menos 10 cm, mais vantajosamente pelo menos 15 cm ou pelo menos 20 cm.

[00142] A Figura 3b mostra uma vista principal da situação da Fig. 3a, vista por cima. Na Fig. 3b, uma distância d é deixada entre a superfície interna do alojamento 450 e a superfície externa do tubo externo 220, em que o tubo externo 220 (e, desse modo, também o tubo interno 210) é termicamente isolado da parede de caldeira. A distância d pode ser, por exemplo, pelo menos de 2 mm, pelo menos de 5 mm ou pelo menos de 10 mm. Como apresentado acima, o tubo interno 210 do alojamento pode em algumas modalidades, ser isolado por meio de um isolador 255, 257 adjacente à parede (Figs. 1b, 1c). Nesta modalidade, a distância d é vantajosamente deixada entre a superfície interna do alojamento 450 e a superfície externa do isolador 255, 257, em que o isolador é também termicamente isolado do alojamento. Também neste caso, a distância d pode ser, por exemplo, pelo menos de 1 mm, pelo menos de 5 mm ou pelo menos de 10 mm. Além disso, em uma modalidade em que parte do tubo interno não é isolado, a distância d é deixada entre a superfície interna do alojamento 450 e a área não-isolada 470. Assim, o tubo interno 210 é termicamente isolado da parede do dispositivo térmico. Tal distância isolará ainda termicamente o tubo trocador de calor 200 da parede (112, 114) da caldeira e aumentará a vida em serviço esperada, isto é, a vida em serviço provável do tubo trocador de calor 200. Tal distância isolará termicamente o tubo trocador de calor 200 da parede (112, 114) da caldeira, porque um meio termicamente isolante é, assim, deixado entre o tubo trocador de calor 200 e a parede de caldeira (112,114). Como será apresentado mais abaixo, a distância d não é necessariamente constante se, por exemplo, a superfície interna do alojamento 450 for curvada. A distância d refere-se à distância mais curta da superfície externa do tubo externo 220 ou do isolador 260 ao segmento de linha formado quando o alojamento 450 coincide com aquela parede da caldeira de que o alojamento 450 se projeta (p. ex., a primeira parede 112, vide Figs. 4a e 4b). Colocado de um modo mais geral, a distância d é a distância entre a superfície externa e a parede 112 do dispositivo 100 na extremidade do alojamento 450 no lado do duto de fluxo 115.

[00143] Vantajosamente, pelo menos uma das paredes do alojamento 450 não compreende o tubo trocador de calor 510, para manter uma alta temperatura do alojamento. Isto reduzirá ainda a diferença de temperatura. Por razões técnicas relativas à construção, um tubo trocador de calor 510, que no projeto normal estender-se-ia na parede 112, pode ser movido de lado, fora do caminho para o alojamento 450 e para os tubos trocadores de calor 200 (210, 220). Vantajosamente, como mostrado na Fig. 3b, uma distância é deixada entre tal tubo trocador de calor 510’, movido de lado e o alojamento450, para termicamente isolar o alojamento do tubo trocador de calor também. Esta distância d2 (Fig. 3b) pode ser, por exemplo, de pelo menos 1 mm ou pelo menos 2 mm, tal como pelo menos 5 mm.

[00144] O alojamento apresentado 450 pode também ser aplicado em conexão com tal tubo trocador de calor, que não compreende o tubo externo em absoluto, porém somente a primeira parte pelo menos parcialmente isolada. O alojamento apresentado 450 pode também ser aplicado em conexão com um tubo trocador de calor que não compreenda um tubo externo substancialmente reto. Tal dispositivo térmico compreende - pelo menos uma primeira parede delimitando um duto de fluxo para gases, e - um tubo trocador de calor compreendendo pelo menos um tubo interno, pelo menos a primeira seção do tubo trocador de calor sendo colocada no duto de fluxo para gases e estendendo-se, no duto de gases, da primeira parede a a primeira parede ou outra parede delimitando o duto de fluxo para gases, de tal maneira que (A) - o tubo interno 210 da primeira seção 202 do tubo trocador de calor é, em algumas partes, isolado do duto de fluxo 115 para gases por meio do tubo externo 220 e/ou um isolador 260, e - o tubo interno 210 da primeira seção 202 do tubo trocador de calor não é isolado do duto de fluxo 115 para gases em uma ou mais áreas não-isoladas 270 (Fig.1i) de tal maneira que (A1) - o comprimento de mesmo a maior área não-isolada 270 da primeira seção 202 não excede 15 cm; vantajosamente, o comprimento de mesmo da maior área não-isolada 270 da primeira seção 202 não excede 10 cm, o comprimento sendo medido na direção longitudinal do tubo interno; ou (A2) - a distância de todas as áreas não-isoladas 270 da primeira seção 202, para todas as outras superfícies de recuperação de calor do dispositivo térmico (que não o próprio tubo trocador de calor 200) não é maior do que 15 cm, vantajosamente não maior do que 10 cm; ou (B) - a primeira seção do tubo trocador de calor ou do tubo interno da primeira seção do tubo trocador de calor é isolada através de seu inteiro comprimento do duto de fluxo para gases, por meio de um tubo externo e/ou um isolador.

[00145] Além disso, - a parede do dispositivo térmico compreende um alojamento, - o alojamento projetando-se para fora da parede do dispositivo térmico, visto do duto de fluxo para gases, - o alojamento compreendendo um furo atravessante para transportar o tubo interno para fora da área de processamento do dispositivo térmico ou do duto de fluxo para gases.

[00146] O tubo externo podendo ser conectado à superfície interna do alojamento. O isolador adjacente à parede pode estender-se da superfície interna do alojamento até o duto de fluxo para gases, para proteger o tubo interno do tubo trocador de calor.

[00147] As Figuras 4a e 4b mostram algumas modalidades do alojamento 450, visto por cima. Nas figuras, a parede 452 do alojamento constitui uma estrutura flexível do alojamento 450, arranjada para receber a expansão térmica ou o dispositivo térmico 100 e o tubo trocador de calor 200.

[00148] Por exemplo, a Fig. 4a mostra um alojamento 450 em uma vista principal por cima, na modalidade da Fig. 4a, - pelo menos uma parede 452 do alojamento450 forma pelo menos duas dobras 455, em que - a parede 452 do alojamento 450 constitui uma estrutura flexível do alojamento 450, arranjada para receber a expansão térmica do dispositivo térmico 100, tal como a caldeira 100 e o tubo trocador de calor 200.

[00149] Além disso, a Fig. 4b mostra uma modalidade que recebe a expansão térmica em uma maneira mais eficiente, na modalidade da Fig. 4b, - pelo menos uma parede 452 do alojamento 450 forma pelo menos uma dobra 460, que se desvia da linha da parede do alojamento 450, em que - a dobra 400 constitui uma estrutura flexível do alojamento 450, arranjada para receber a expansão térmica do dispositivo térmico, tal como a caldeira 100 e o tubo trocador de calor 200. A dobra 460 converte o alojamento 450 em fole, isto é, uma estrutura tubular que se torna mais curta e mais longa quando comprimida e puxada, respectivamente. O comprimento de tal alojamento semelhante a fole 450 é arranjado para mudar pelo efeito e tensões térmicas.

[00150] A linha da parede do alojamento 450 refere-se a um plano que é mais bem adaptado ao formato da parede do alojamento (com uma dobra). Quando a parede do alojamento compreende uma dobra 460, ele compreende pelo menos três dobras 455 (não mostradas com numerais de referência na Fig. 4b).

[00151] Na Fig. 4b, o alojamento 450 projeta-se (desvia-se para fora) da primeira parede 112 do dispositivo térmico 100. Além disso, a dobra 460 projeta-se da linha da parede 452 do alojamento 450 de tal maneira que a dobra 460 se estende em paralelo com a primeira parede 112. Em vez de projetar-se, a dobra poderia desviar-se para dentro do alojamento 450, a partir da linha da parede 452. Além disso, no caso de pelo menos duas dobras, a primeira dobra 460 pode desviar-se para fora (projetar-se) e a segunda para dentro. Na Fig. 4b, ambas as paredes do alojamento 450 apresentado compreende duas dobras 460.

[00152] Acima, receber a expansão térmica do dispositivo térmico 100 e do tubo trocador de calor 200 refere-se ao fato de que, mesmo se o tubo trocador de calor 200 e o dispositivo térmico 100 (tal como uma caldeira, por exemplo, uma parede de caldeira) se expandirem para uma diferente extensão, devido às diferentes temperaturas operacionais e/ou diferentes coeficientes de expansão térmica do dispositivo térmico 100 e do tubo trocador de calor 200, tensões térmicas não significativas são formadas na estrutura porque a estrutura é flexível, isto é, recebe a expansão térmica. Em tal estrutura, pelo menos parte da parede 452 do alojamento 450 é arranjada para dobrar como resultado das tensões térmicas. Quando a parede 452 do alojamento compreende uma dobra, como resultado da expansão térmica, a dobra é retificada ou mais curvada, o que requer consideravelmente menores tensões do que, estabilizador de proteína, expandir ou comprimir a parede reta do alojamento 450 na direção da parede do alojamento.

[00153] A Figura 5 mostra ainda outra modalidade vantajosa de uma caldeira. A Figura 5 mostra uma vista lateral de um trocador de calor compreendendo tubos trocadores de calor da espécie acima descrita e suas partes. A parte IIIa da Fig. 5 foi apresentada acima com relação à Fig. 3a. A modalidade compreende diversos tubos internos 210a a 210f. Cada tubo interno compreende uma primeira primeira seção e uma segunda primeira seção; por exemplo, o tubo interno 210f compreende uma primeira primeira seção 202a,f e uma segunda primeira seção 202b,f. As primeiras seções 20a,f e 202b,f consistem das segundas seções descritas 240a,f e 240b,f (respectivamente). Em outras palavras, as segundas seções estendem-se retas e compreendem os tubos externos 220a,f e 220b,f, respectivamente.

[00154] O tubo trocador de calor (tal como o tubo 200) estende-se da primeira parede 112 para a parede oposta 114 da caldeira. Na Fig. 5, o tubo trocador de calor se estende da primeira parede 112 da caldeira para o nariz 180 da parede oposta 114, como mostrado na Fig. 2. O trocador de calor mostrado na Fig. 5 compreende diversos tubos trocadores de calor 200 com uma estrutura encamada, mostrada na Fig. 1b, estendendo-se reta no duto de fluxo 115 para gases e dobrando-se para fora do duto de fluxo 115, neste caso dentro do nariz 180 (cf. Figs. 2 e 3a).

[00155] Um alojamento 450a é provido na primeira área 122, para transportar tubos internos 220, tais como o tubo interno 210f, do lado externo do duto de fluxo 115 para gases de combustão para o duto de fluxo 115. Além disso, no lado do duto de fluxo 115, tubos internos são providos dentro dos tubos externos 220, tal como os tubos externos 220a,f e 220b,f, como apresentado acima. Em uma maneira correspondente, um segundo alojamento 450b é provido na segunda área 124, para transportar o tubo interno 210 para fora do lado do duto de fluxo 115, para dentro do nariz 180. O segundo alojamento 450b compreende duas dobras 460b para receber expansão térmica.

[00156] Na Fig. 5, diversos tubos internos 220 são transportados através do mesmo alojamento. É também possível prover um único alojamento para cada furo atravessante para um tubo. Tal alojamento único pode compreender, da maneira acima descrita, pelo menos duas dobras 455, tais como uma dobra 460. Este arranjo provê a vantagem de que em uma temperatura operacional desuniforme cada tubo trocador de calor 220 pode expandir-se em uma diferente maneira, porque cada alojamento único receberá a expansão térmica de cada seção de tubo único 240, 240b.

[00157] A modalidade da Fig. 5 pode também ser implementada em um dispositivo térmico mais geral. Em geral, o dispositivo térmico mostrado nas Figs. 1 a 5 pode ser, por exemplo, um dos seguintes tipos: - um reator de pirólise, - um reator de gaseificação, ou - uma caldeira, tal como uma caldeira de leito fluidizado, por exemplo, uma caldeira de leito fluidizado borbulhante ou uma caldeira de leito fluidizado circulante, preferivelmente uma caldeira de leito fluidizado borbulhante.

[00158] Além do dispositivo térmico, foi apresentado um método acima para aquecer um meio de transferência de calor. O método compreende: - produzir gás aquecido pelo dispositivo térmico 100, - transportar o gás para um duto de fluxo 115 para gases, - introduzir meio de transferência de calor em um tubo trocador de calor 200, pelo menos um primeira seção 202 do tubo trocador de calor sendo colocada no duto de fluxo 115 para gases e estendendo-se, no duto 115 para gases, da parede (112, 114) do duto de fluxo para a mesma (112,11) ou outra (114, 112) parede do duto de fluxo 115, a primeira seção 202 do tubo trocador de calor compreendendo uma segunda seção 240do tubo trocador de calor, estendendo-se no duto de fluxo 115 para gases, e - recuperar calor para o meio de transferência de calor por meio do tubo trocador de calor 200.

[00159] No método, o tubo trocador de calor 200 usado para recuperar calor é de modo que a segunda seção 240 do tubo trocador de calor 200 compreende O pelo menos parte de um tubo interno 210 para transferir o meio de transferência de calor da primeira extremidade para a segunda extremidade da parte do tubo interno e para recuperar calor pelo meio de transferência de calor, O um tubo externo 220 radialmente incluindo a parte do tubo interno 210 e O uma camada intermediária 230, colocada entre o tubo externo e a parte do tubo interno na direção radial, e (A) - o tubo interno 210 da primeira seção 202 do tubo trocador de calor é, em algumas partes, isolado do duto de fluxo 115 para gases por meio do tubo externo 220 e/ou um isolador 260 e - o tubo interno 210 da primeira seção 202 do tubo trocador de calor é não-isolado do duto de fluxo 115 para gases em uma ou mais áreas não-isoladas 270 (Fig. 1i), de tal maneira que (A1) - o comprimento mesmo da maior área não-isolada 270 não excede 15 cm; vantajosamente, o comprimento de mesmo a maior área não- isolada 270 não excede 10 cm, o comprimento sendo medido na direção longitudinal do tubo interno; ou (A2) - a distância de todos os pontos das áreas não-isoladas 270 até as outras superfícies de recuperação de calor do dispositivo (exceto o próprio tubo trocador de calor 200) não é maior do que 15 m, vantajosamente não maior do que 10 cm; ou (B) - a primeira seção 202 do tubo trocador de calor 200, ou do tubo interno 210 da primeira seção 202 do tubo trocador de calor 200, é, através de seu inteiro comprimento, isolada do duto de fluxo 115 para gases por meio do tubo externo 240 e/ou um isolador 260.

[00160] Em uma modalidade vantajosa do método, o dispositivo térmico compreende diversos outros tubos de transferência de calor dentro das paredes do duto de fluxo para gases, para recuperar calor. O tubo trocador de calor e os outros tubos de transferência de calor constituem um duto de fluxo contínuo para o meio de transferência de calor para aquecer o meio de transferência de calor.

[00161] Em tal modalidade, (C,i) • o duto de fluxo para o meio de transferência de calor compreende uma primeira seção do tubo trocador de calor coo o elemento de transferência de calor colocado por último no duto de fluxo para gases na direção do fluxo do meio de transferência de calor, ou (C,ii) • o duto de fluxo para o meio de transferência de calor compreende a primeira seção do tubo trocador de calor colocada por último no duto de fluxo para gases, na direção de fluxo do meio de transferência de calor, e pelo menos um tubo trocador de calor colocado a jusante no subsequente duto de fluxo para gases, na direção do fluxo do meio de transferência de calor, e • a primeira seção do tubo trocador de calor, colocada por último, é arranjada na direção de fluxo do gás fluindo fora do tubo externo, a montante dos tubos de transferência de calor colocados a jusante no duto de fluxo para gases, na direção de fluxo do meio de transferência de calor.

[00162] Em uma modalidade vantajosa do método, a segunda seção 240 do tubo trocador de calor estende-se em uma linha reta ou dobra menos do que 90 graus.

[00163] Em uma modalidade do método, a segunda seção 240 do tubo trocador de calor dobra pelo menos 90 graus.

[00164] Detalhes do método relativos a temperaturas foram apresentados acima com relação ao uso do dispositivo. Detalhes do método relativo ao suprimento de agente auxiliar foram apresentados acima com relação ao uso do dispositivo. Detalhes técnicos de estruturas usadas no método foram apresentados acima como detalhes do dispositivo térmico.

Claims

1. Dispositivo térmico (100), compreendendo - pelo menos uma primeira parede (112) delimitando um duto de fluxo (115) para gases, e - um tubo trocador de calor (200), compreendendo pelo menos um tubo interno (210), pelo menos uma primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor sendo colocada no duto de fluxo (115) para gases e estendendo-se no duto de fluxo (115) para gases a partir da primeira parede (112) até a primeira parede (112) ou uma segunda parede (114) delimitando o duto de fluxo para gases, - o tubo trocador de calor compreendendo uma segunda primeira seção (202b) estendendo-se no duto de fluxo (115) para gases de uma parede para a mesma ou uma outra parede, e - diversos outros tubos de transferência de calor dentro das paredes do duto de fluxo (115) para gases, para recuperar calor, em cujo dispositivo térmico (100) - a primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor (200) compreende uma segunda seção (240) do tubo trocador de calor, estendendo-se no duto de fluxo (115) para gases, em que - a segunda seção (240) do tubo trocador de calor compreende O pelo menos uma seção do tubo interno (210), para transferir o meio de transferência de calor da primeira extremidade para a segunda extremidade do tubo interno e para recuperar calor pelo meio de transferência de calor, O um tubo externo (220) que radialmente inclui a seção do tubo interno (210), e O uma camada intermediária (230) colocada entre o tubo externo (220) e a seção do tubo interno (210) na direção radial, e - o tubo trocador de calor (200) e os outros tubos de transferência de calor constituem um duto de fluxo contínuo para o meio de transferência de calor, para aquecer o meio de transferência de calor, em que o dispositivo térmico (100) (Ai) - o tubo interno (210) da primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor não é isolada do duto de fluxo (115) para gases em uma ou mais áreas não-isoladas, de tal modo que - a distância de todos os pontos das áreas não-isoladas da primeira primeira seção (202a) para as outras superfícies de recuperação de calor dos dispositivos térmicos não é maior do que 15 cm; ou (A,ii) - a primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor (200) ou do tubo interno (210) da primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor é isolada, através de seu comprimento inteiro, do duto de fluxo (115) para gases por meio do tubo externo (220) e/ou um isolador (260), e (B,i) - a segunda primeira seção (202b) ou seu tubo interno não é isolado do duto de fluxo (115) para gases em uma ou mais áreas não-isoladas, de tal maneira que - a distância de todos os pontos das áreas não-isoladas da segunda primeira seção (202b) para as outras superfícies de recuperação de calor do dispositivo não é maior do que 15 cm; ou (B,ii) - a segunda primeira seção (202b) ou o tubo interno da segunda primeira seção (202b) é, através de seu comprimento inteiro, isolado do duto de fluxo para gases por meio de um segundo tubo externo e/ou um isolador, caracterizado pelo fato de que: (C,i) - o duto de fluxo para o meio de transferência de calor compreende a primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor como o elemento trocador de calor colocado por último no duto de fluxo (115) de gases, na direção do fluxo do meio de transferência de calor, ou (C,ii) - o duto de fluxo para o meio de transferência de calor compreende a primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor colocado por último no duto de fluxo (115) para gases, na direção de fluxo do meio de transferência de calor, e pelo menos um tubo de transferência de calor colocado a jusante no duto de fluxo (115) para fases, na direção de fluxo do meio de transferência de calor, e - a primeira primeira seção (202a) do último tubo trocador de calor é arranjada, na direção de fluxo do gás fluindo para fora do tubo externo, a montante dos tubos de transferência de calor colocados a jusante no duto de fluxo para gases na direção de fluxo do meio de transferência de calor, e (D) - o tubo interno (210) conecta a primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor com a segunda primeira seção (202b) do tubo trocador de calor fora do duto de fluxo (115) para gases, - a segunda primeira seção (202b) do tubo trocador de calor é colocada a jusante da primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor na direção de fluxo do meio fluindo no tubo interno (210), e - a segunda primeira seção (202b) do tubo trocador de calor é colocada a jusante da primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor na direção de fluxo do gás fluindo fora do tubo trocador de calor (200).

2. Dispositivo térmico (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: - a segunda seção (240) do tubo trocador de calor se estende em uma linha reta ou dobra menos que 90 graus; ou - a segunda seção (240) do tubo trocador de calor dobra pelo menos 90 graus.

3. Dispositivo térmico (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que: - a segunda seção (240) do tubo trocador de calor se estende da primeira parede (112) do dispositivo para o duto de fluxo (115) para gases; vantajosamente, a segunda seção (240) do tubo trocador de calor compreende a primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor.

4. Dispositivo térmico (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que: - a primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor compreende uma seção termicamente isolada no duto de fluxo para gases, em cuja seção termicamente isolada: O o tubo interno (210) não é incluído por um tubo externo, e em cuja seção termicamente isolada o tubo interno (210) é termicamente isolado dos gases do duto de fluxo (115) por meio de um isolador térmico (260), ou O o tubo interno (210) é incluído por um tubo externo (220), e na seção termicamente isolada o tubo externo (220) é termicamente isolado dos gases do duto de fluxo por meio de um isolador térmico (260).

5. Dispositivo térmico (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que: - a primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor é horizontal, ou a parte longitudinal da primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor forma, em cada ponto, um ângulo menor do que 30 graus com o plano horizontal.

6. Dispositivo térmico (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende: - um meio (300) para alimentar um agente auxiliar, para alimentar um agente auxiliar ao processo, - a parte do meio (300) para alimentar um agente auxiliar sendo colocada no duto de fluxo (115) para gases, e - a parte do meio (300) para alimentar um agente auxiliar sendo arranjada a jusante da ou uma primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor na direção de fluxo dos gases.

7. Dispositivo térmico (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que: - a parede (112, 114) do dispositivo térmico (100) compreende um alojamento (450), - o alojamento (450) projeta-se para fora a partir da parede (112, 114) do dispositivo térmico (100), visto do duto de fluxo (115) para gases, - o alojamento (450) compreende um furo atravessante, para transportar o tubo interno (210) para fora da área de processamento do dispositivo térmico (100) ou do duto de fluxo (115) para gases, e - (i) a superfície externa do alojamento (450) é provida com o tubo externo (220), (ii) um isolador adjacente à parede estende-se da superfície interna do alojamento (450) para o duto de fluxo (115) para gases, ou (iii) a área não-isolada da primeira primeira seção (202a) estende-se da superfície interna do alojamento (450) para o duto de fluxo (115) para gases, para proteger o tubo interno (210) do tubo trocador de calor.

8. Dispositivo térmico (100) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que: - a parede do alojamento (450) constitui uma estrutura flexível no alojamento, arranjada para receber a expansão térmica do dispositivo térmico (100) e do tubo trocador de calor (200).

9. Dispositivo térmico (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que: - a parede (112, 114) do dispositivo compreende um nariz (180) que torna o duto de fluxo (115) para gases mais estreito, e - a primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor estende-se do nariz (180).

10. Dispositivo térmico (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que é um dos seguintes tipos: - um reator de pirólise, - um reator de gasificação, ou - uma caldeira, tal como uma caldeira de leito fluidizado, por exemplo, uma caldeira de leito fluidizado borbulhante ou uma caldeira de leito fluidizado circulante; preferivelmente uma caldeira de leito fluidizado borbulhante.

11. Uso de um dispositivo térmico (100) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que - meio de transferência de calor é permitido fluir no tubo interno (210), - vapor é usado como meio de transferência de calor, e - a temperatura do meio de transferência de calor fluindo no tubo interno (210) é de pelo menos 500oC, preferivelmente pelo menos 530oC.

12. Uso de um dispositivo térmico (100) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que - a temperatura da superfície externa do tubo externo (220) é mais elevada do que 600oC.

13. Uso de um dispositivo térmico (100) como definido na reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que - os meios (300) para alimentar um agente auxiliar são usados para suprir o dispositivo térmico (100) com um agente auxiliar, - o agente auxiliar compreendendo pelo menos um dos seguintes: amônia (NH3), íon de amônio (NH4+), sulfato férrico (Fe2(SO4)3), sulfato ferroso (FeSO4), sulfato de alumínio ((NH4)2SO4), sulfato de amônio hidrogênio ((NH4)HSO4), ácido sulfúrico (H2SO4) e enxofre (S), bem como soluções aquosas dos mesmos.

14. Método para aquecer um meio de transferência de calor, compreendendo: • produzir gás aquecido por um dispositivo térmico (100), • transportar o gás para dentro de um duto de fluxo (115) para gases, • transportar meio de transferência de calor para um tubo trocador de calor (200) compreendendo • pelo menos um tubo interno (210) • pelo menos a primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor sendo colocada no duto de fluxo (115) para gases e estendendo-se no duto de fluxo (115) para gases da parede (112, 114) do duto de fluxo para a mesma ou outra parede do duto de fluxo, e a primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor compreendendo uma segunda seção (240) do tubo trocador de calor, estendendo-se no duto de fluxo (115) para gases, e • uma segunda primeira seção (202b) estendendo-se no duto de fluxo (115) para gases de uma parede (112, 114) para a mesma ou uma outra parede, • recuperar calor pelo meio de transferência de calor por meio do tubo trocador de calor (200), em cujo método o dispositivo térmico (100) compreende: • diversos outros tubos de transferência de calor dentro das paredes do duto de fluxo (115) para gases, para recuperar calor, • a segunda seção (202b) do tubo trocador de calor compreende: O pelo menos uma seção do tubo interno (210) para transferir o meio de transferência de calor da primeira extremidade para a segunda extremidade do tubo interno (210) e para recuperar calor pelo meio de transferência de calor, O um tubo externo (220) que radialmente inclui a seção do tubo interno (210), e O uma camada (230) do meio deixada entre o tubo externo (220) e a parte do tubo interno (210) na direção radial, • o tubo trocador de calor (200) e os outros tubos de transferência de calor constituem um duto de fluxo contínuo para o meio de transferência de calor, para aquecer o meio de transferência de calor, e (Ai) • o tubo interno (210) da primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor não é isolado do duto de fluxo (115) para gases em uma ou mais áreas não-isoladas, de tal maneira que • a distância de todos os pontos das áreas não-isoladas da primeira seção (202a) para as outras superfícies de recuperação de calor dos dispositivos térmicos não é maior do que 15 cm; ou (A,ii) • a primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor, ou do tubo interno (210) da primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor, é isolada, através de seu comprimento inteiro, do duto de fluxo (115) para gases, por meio do tubo externo (220) e/ou um isolador (260), e (B,i) • a segunda primeira seção (202b) ou seu tubo interno não é isolado do duto de fluxo (115) para gases em uma ou mais áreas não isoladas de tal modo que • a distância de todos os pontos nas áreas não isoladas da segunda primeira seção (202b) para as outras superfícies de recuperação de calor do dispositivo não é maior que 15 cm; ou (B,ii) • a segunda primeira seção (202b) ou o tubo interno da segunda primeira seção (202b) é, sobre seu comprimento inteiro, isolada do duto de fluxo para gases por meio de um segundo tubo externo e/ou um isolador, caracterizado pelo fato de que: (C,i) • o duto de fluxo para o meio de transferência de calor compreende a primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor como o elemento de transferência de calor colocado por último no duto de fluxo (115) de gases, na direção do fluxo do meio de transferência de calor, ou (C,ii) • o duto de fluxo para o meio de transferência de calor compreende a primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor colocado por último no duto de fluxo (115) para gases, na direção de fluxo do meio de transferência de calor, e pelo menos um tubo de transferência de calor colocado a jusante no duto de fluxo (115) para gases, na direção do fluxo do meio de transferência de calor, e • a primeira primeira seção (202a) do último tubo trocador de calor é arranjada, na direção de fluxo do gás fluindo para fora do tubo externo, a montante dos tubos de transferência de calor colocados a jusante no duto de fluxo para gases na direção de fluxo do meio de transferência de calor, e (D) • o tubo interno (210) conecta a primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor com a segunda primeira seção (202b) do tubo trocador de calor fora do duto de fluxo (115) para gases, • a segunda primeira seção (202b) do tubo trocador de calor é colocada a jusante da primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor na direção de fluxo do meio fluindo no tubo interno (210), e • a segunda primeira seção (202b) do tubo trocador de calor é colocada a jusante da primeira primeira seção (202a) do tubo trocador de calor na direção de fluxo do gás fluindo para fora do tubo trocador de calor (200).

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que: - a segunda seção (202b) do tubo trocador de calor estende-se em uma linha reta ou dobra menos do que 90 graus; ou - a segunda seção (202b) do tubo trocador de calor dobra mais do que 90 graus.