BR112019015946B1

BR112019015946B1 - METHOD TO INCREASE THE EFFICIENCY OF CONTINUOUS COMBUSTION SYSTEMS

Info

Publication number: BR112019015946B1
Application number: BR112019015946-0A
Authority: BR
Inventors: Francisco Diogo Quintão Duarte Silva; Paulo Eduardo De Meneses Moutinho E Henriques Gonçalo; João Carlos Moura Bordado
Original assignee: Utis - Ultimate Technology To Industrial Savings, Lda
Priority date: 2017-02-03
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2023-05-23

Abstract

MÉTODO PARA AUMENTAR A EFICIÊNCIA DE SISTEMAS COMBUSTÃO CONTÍNUA A presente invenção diz respeito a um método para a optimização de sistemas de combustão contínua, que reduz o consumo de combustível, as emissões de gases de escape e material particulado. O princípio de funcionamento baseia-se na introdução de pequenas quantidades de hidrogênio na conduta de admissão de combustível do sistema, ou preferencialmente ao longo da câmara de queima contínua, com o objetivo de otimizar a queima dos combustíveis tradicionais, melhorando os parâmetros da reação de combustão, os efeitos do processo em questão aumentará a temperatura das paredes da câmara, assegurando reignição e combustão mais completa, permitindo assim reduzir a alimentação de combustível. Esta combustão otimizada irá aumentar a eficiência da combustão e reduzir o seu impacto ambiental.METHOD FOR INCREASING THE EFFICIENCY OF CONTINUOUS COMBUSTION SYSTEMS The present invention relates to a method for optimizing continuous combustion systems, which reduces fuel consumption, emissions of exhaust gases and particulate matter. The operating principle is based on the introduction of small amounts of hydrogen into the system's fuel intake duct, or preferably along the continuous burning chamber, with the aim of optimizing the burning of traditional fuels, improving the reaction parameters of combustion, the effects of the process in question will increase the temperature of the chamber walls, ensuring reignition and more complete combustion, thus allowing to reduce the fuel supply. This optimized combustion will increase combustion efficiency and reduce your environmental impact.

Description

Framework of the invention

[01] A presente invenção enquadra-se nos processos de combustão de queima contínua, seja esta realizada em motores, câmaras ou mesmo fornos industriais convencionais.[01] The present invention is part of the continuous burning combustion processes, whether carried out in engines, chambers or even conventional industrial furnaces.

[02] Importa referir que o processo de combustão envolve um conjunto de reações de mecanismo radicalar, isto é com espécies propagantes designadas por radicais livres, que ocorrem simultaneamente, e de uma forma genérica a combustão será tanto mais completa quanto mais elevado for o teor médio de radicais livres presentes. É bem conhecido que os combustíveis gasosos, ou facilmente vaporizáveis combustionam facilmente, com excessos estequiométricos de ar moderados, mas que para combustíveis sólidos, ainda que pulverizados se torna necessário operar com excessos de ar mais elevados.[02] It should be noted that the combustion process involves a set of reactions with a radical mechanism, that is, with propagating species called free radicals, which occur simultaneously, and in general, the combustion will be more complete the higher the content average number of free radicals present. It is well known that gaseous or easily vaporizable fuels combust easily with moderate stoichiometric excesses of air, but that for solid fuels, even if pulverized, it becomes necessary to operate with higher excesses of air.

[03] A combustão de hidrogénio em O2 ocorre de forma muito rápida, num processo muito exotérmico e auto acelerado que se traduz macroscopicamente numa explosão, o mesmo ocorrendo em ar (cerca de 21% de O2). A velocidade de onda de propagação das explosões de hidrogénio é muito superior à velocidade de explosão dos combustíveis correntes, permitindo assegurar elevadas concentrações de radicais, que asseguram uma combustão mais completa dos outros combustíveis presentes.[03] The combustion of hydrogen in O2 occurs very quickly, in a very exothermic and self-accelerating process that translates macroscopically into an explosion, the same occurring in air (about 21% O2). The propagation wave speed of hydrogen explosions is much higher than the explosion speed of current fuels, allowing to ensure high concentrations of radicals, which ensure a more complete combustion of other fuels present.

[04] Esta combustão mais completa é evidenciada pela redução dos teores de hidrocarbonetos no efluente gasoso, bem como a redução do teor de monóxido de carbono. Os teores de NO2 são variáveis e dependem mais de uma série de fatores, como a natureza de combustível utilizado, a geometria do forno, e em especial da presença de “hot spots” resultantes de arejamento preferencial.[04] This more complete combustion is evidenced by the reduction of hydrocarbon contents in the gaseous effluent, as well as the reduction of the carbon monoxide content. The NO2 contents are variable and depend on a series of factors, such as the nature of the fuel used, the geometry of the kiln, and in particular the presence of “hot spots” resulting from preferential aeration.

[05] Especificando o caso dos fornos industriais convencionais, sabe- se que a mistura de matérias-primas, previamente moídas, é alimentada, frequentemente em contra corrente com os gases efluentes do forno num sistema que permite o pré-aquecimento de alimentação, mas que permite igualmente reduzir significativamente os teores de alguns dos contaminantes de efluente gasoso. No forno tubular revestido interiormente por camadas de refratário, o tempo médio de residência dos gases é muito inferior ao tempo médio de residência de material particulado.[05] Specifying the case of conventional industrial kilns, it is known that the mixture of raw materials, previously ground, is fed, often against current with the effluent gases from the kiln, in a system that allows the preheating of the feed, but which also makes it possible to significantly reduce the levels of some of the gaseous effluent contaminants. In the tube furnace lined internally with layers of refractory, the average residence time of gases is much lower than the average residence time of particulate material.

[06] Num balanço térmico do forno tem que ser ponderados os processos endotérmicos, em especial a descarbonatação e os calores latentes de fusão das fases em “melt”, bem como as perdas térmicas de diferente natureza, muito em especial nas áreas menos isoladas dos multiciclones.[06] In a furnace thermal balance, endothermic processes must be considered, in particular decarbonation and the latent heats of fusion of the “melt” phases, as well as thermal losses of different natures, especially in the less isolated areas of the furnaces. multicyclones.

[07] A presente invenção vem introduzir no processo de combustão de queima contínua, quantidades ínfimas de hidrogénio (ou na mistura HHO que se forma inicialmente) na zona da queima contínua de combustível, trazendo para o estado da técnica um efeito técnico inesperado de redução do consumo de combustível, e consistentemente das emissões.[07] The present invention introduces in the continuous burning combustion process, tiny amounts of hydrogen (or in the HHO mixture that is initially formed) in the area of continuous burning of fuel, bringing to the state of the art an unexpected technical effect of reduction fuel consumption, and consistently emissions.

[08] Estado da técnica da invenção[08] State of the art of the invention

[09] Existe no estado da técnica atual a utilização de hidrogénio em processos de otimização de motores de combustão interna, podemos destacar o pedido de patente PCT/PT2015/000043, que se refere a um método para aumentar a eficiência de motores de combustão interna, sendo que o hidrogénio neste processo age não como combustível, mas sim como um optimizador de parâmetros de combustão sob a forma de comburente alimentado em conjunto com o ar ao motor.[09] There is in the current state of the art the use of hydrogen in optimization processes of internal combustion engines, we can highlight the patent application PCT/PT2015/000043, which refers to a method to increase the efficiency of internal combustion engines , and the hydrogen in this process does not act as a fuel, but rather as an optimizer of combustion parameters in the form of an oxidant fed together with the air to the engine.

[010] Podemos ainda referir os seguintes documentos, como sendo o estado da técnica mais próximo da invenção: • “Experimental and Numerical of the effects of hydrogen addition on the structure of laminar methane-nitrogen’s jet in hot coflow under MILD conditions”, International Journal of Hydrogen Energy 38, 13802-13811 (2013), A.Sepman et al.- divulga uma combustão em condições MILD, isto é em condições de fluxo laminar com diluição de oxigénio. É referido no documento que se consegue nas referidas condições “MILD” a combustão sem chama, que na terminologia inglesa é designada por “flameless combustion” e em português será de designar “sem chama” ou simplesmente por incandescente. A presente invenção difere deste documento, uma vez que opera em condições drasticamente diferentes, com o excesso convencional de Ar, e com queimadores convencionais de fornos contínuos, por exemplo fornos de produção de cimento. Também quanto aos teores de hidrogénio utilizado as condições são drasticamente diferentes já que, quer na parte experimental do documento, quer na pág. 13804, se mostra que o hidrogénio está a ser utilizado como um combustível, e em condições em que é possível considerar a estequiometria (p.ex. a reação R3 explicitada na referida página). Na presente invenção os teores de hidrogénio são dezenas de vezes inferiores, pelo que os resultados obtidos são de facto inesperados e só poderão ser explicados por uma maior rapidez de propagação de chama; • GB 2089964 A - divulga um processo de combustão que utiliza um queimador com injeção contínua ou pulsada, e com formação de plasma na câmara de combustão, diferindo portanto da presente invenção uma vez que esta utiliza um queimador convencional, para provocar uma chama convencional, e em separado ao longo do forno se faz a introdução do hidrogénio em quantidades vestigiais (muito longe da estequiometria);[010] We can also refer to the following documents, as being the state of the art closest to the invention: • “Experimental and Numerical of the effects of hydrogen addition on the structure of laminar methane-nitrogen's jet in hot coflow under MILD conditions”, International Journal of Hydrogen Energy 38, 13802-13811 (2013), A.Sepman et al.- discloses combustion under MILD conditions, i.e. under laminar flow conditions with oxygen dilution. It is mentioned in the document that flameless combustion is achieved under the referred “MILD” conditions, which in English terminology is called “flameless combustion” and in Portuguese it will be called “flameless” or simply incandescent. The present invention differs from this document, since it operates under drastically different conditions, with the conventional excess of Ar, and with conventional burners of continuous kilns, for example cement production kilns. Also regarding the hydrogen contents used, the conditions are drastically different since, both in the experimental part of the document and on p. 13804, it is shown that hydrogen is being used as a fuel, and under conditions in which it is possible to consider stoichiometry (eg the R3 reaction explained on that page). In the present invention, the hydrogen contents are dozens of times lower, so that the results obtained are in fact unexpected and can only be explained by a faster flame propagation; • GB 2089964 A - discloses a combustion process that uses a burner with continuous or pulsed injection, and with plasma formation in the combustion chamber, thus differing from the present invention since this uses a conventional burner, to cause a conventional flame, and separately throughout the furnace hydrogen is introduced in trace amounts (very far from stoichiometry);

[011] A presente invenção difere do estado da técnica enunciado uma vez que diz respeito à introdução de pequenas quantidades de hidrogénio na zona da queima contínua de combustível, a qual irá aumentar a eficiência da combustão contínua permitindo reduzir o seu impacto ambiental. O hidrogénio é produzido através de uma reação de eletrólise numa célula eletroquímica.[011] The present invention differs from the stated state of the art since it concerns the introduction of small amounts of hydrogen in the area of continuous fuel burning, which will increase the efficiency of continuous combustion allowing to reduce its environmental impact. Hydrogen is produced through an electrolysis reaction in an electrochemical cell.

Detailed description of the invention

[012] O processo para aumentar a eficiência de combustão contínua objeto da presente invenção é não estequiométrico, e ocorre preferencialmente em forno contínuo. Neste processo o hidrogénio é utilizado como agente de re-ignição para promover uma combustão mais completa do combustível principal, e, o hidrogénio, é introduzido no ar de alimentação da câmara de queima contínua, em diversos pontos possíveis, criteriosamente escolhidos do forno de combustão, em especial em pontos onde se verifica a ocorrência de transporte pneumático de partículas apenas incandescentes.[012] The process to increase the efficiency of continuous combustion object of the present invention is non-stoichiometric, and preferably occurs in a continuous furnace. In this process, hydrogen is used as a re-ignition agent to promote a more complete combustion of the main fuel, and hydrogen is introduced into the feed air of the continuous burning chamber, at several possible points, carefully chosen in the combustion furnace. , especially at points where only incandescent particles are transported pneumatically.

[013] Há assim que definir para o método objeto da presente invenção as seguintes características: - pontos/entradas de hidrogénio na câmara onde se realiza a queima, por onde é introduzido o hidrogénio; - como é introduzido esse mesmo hidrogénio: pressão e frequência; - Gama de proporções de hidrogénio.[013] It is therefore necessary to define the following characteristics for the method object of the present invention: - points/entries of hydrogen in the chamber where the burning takes place, where hydrogen is introduced; - how that same hydrogen is introduced: pressure and frequency; - Range of proportions of hydrogen.

[014] A localização das entradas de hidrogénio pode ser feita em diversos pontos, podendo ser feita no ar de transporte de combustível na sua forma mais simples, ou preferencialmente em pontos em que o perfil de temperaturas em estado quasi estacionário, permita auto inflamação imediata do hidrogénio para assegurar ausência de acumulação. Este perfil de temperaturas pode ser determinado recorrendo a pirómetros óticos, ou por medida da temperatura da superfície externa do forno ao longo do respetivo comprimento, e derivado por cálculo que faz intervir as condutibilidades e a dissipação radiativa.[014] The location of the hydrogen inlets can be done at several points, and can be done in the fuel transport air in its simplest form, or preferably at points where the temperature profile in a quasi steady state allows immediate self-ignition of hydrogen to ensure no accumulation. This temperature profile can be determined using optical pyrometers, or by measuring the temperature of the external surface of the kiln along its length, and derived by calculation that involves conductivity and radiative dissipation.

[015] Preferencialmente, os pontos de entrada de hidrogénio localizam-se ao longo do comprimento do reator a distâncias superiores ao raio interno do corpo do forno (r), mas inferiores a metade do comprimento. Ainda numa outra forma preferencial os pontos de entrada de hidrogénio localizam-se ao longo do comprimento do reator a distâncias ao raio interno do corpo do forno (r) entre 2r e 16r e entre 2r e 6r.[015] Preferably, the hydrogen entry points are located along the length of the reactor at distances greater than the internal radius of the furnace body (r), but less than half the length. In yet another preferred form, the hydrogen entry points are located along the length of the reactor at distances to the internal radius of the furnace body (r) between 2r and 16r and between 2r and 6r.

[016] A secção reta do forno é elíptica, quadrada, retangular ou trapezoidal e os pontos de entrada de hidrogénio localizam-se ao longo do comprimento do reator a distâncias superiores ao raio hidráulico definido de forma habitual, para o cálculo de número de Reynolds e determinação subsequente do coeficiente do atrito.[016] The cross section of the furnace is elliptical, square, rectangular or trapezoidal and the hydrogen entry points are located along the length of the reactor at distances greater than the hydraulic radius defined in the usual way, for the calculation of Reynolds number and subsequent determination of the coefficient of friction.

[017] O número de Reynolds é um parâmetro adimensional que assume especial importância na mecânica de fluidos sendo calculado pela seguinte fórmula: Re = u.ro.d/miu, onde: U - é a velocidade média do fluido; Ro - é a densidade do fluido; d- é um parâmetro linear característico; miu - é a viscosidade média do fluido.[017] The Reynolds number is a dimensionless parameter that assumes special importance in fluid mechanics and is calculated by the following formula: Re = u.ro.d/miu, where: U - is the average velocity of the fluid; Ro - is the density of the fluid; d- is a characteristic linear parameter; miu - is the average viscosity of the fluid.

[018] A alimentação de hidrogénio pode ser feita de forma contínua nos pontos de injecção escolhidos, ou de forma descontínua, de forma a reduzir a quantidade necessária de hidrogénio, sendo que o resultado final é semelhante. Entenda-se que a forma descontínua pode ser realizada de forma pulsada. Assim, a admissão de hidrogénio é feita de forma preferencialmente descontínua num ou mais pontos por meio de tubagens equipadas com válvula antirretorno, bem como sistema de doseamento e interrupção. Esta alimentação tem de ser feita sempre a pressões superiores á pressão máxima reinante dentro da camara de combustão.[018] The supply of hydrogen can be done continuously at the chosen injection points, or discontinuously, in order to reduce the required amount of hydrogen, with the end result being similar. It should be understood that the discontinuous form can be performed in a pulsed manner. Thus, the admission of hydrogen is preferably discontinuous at one or more points by means of pipes equipped with a non-return valve, as well as a dosing and interruption system. This supply must always be carried out at pressures higher than the maximum pressure prevailing inside the combustion chamber.

[019] Clarifique-se que no caso de a alimentação ser pulsada, o período entre impulsos de injecção de hidrogénio é inferior ao tempo médio de residência do material sólido no forno, mas superior ao tempo de propagação da deflagração de hidrogénio até atingir a extremidade mais longínqua do forno, existindo desta forma ausência de simultaneidade para prevenir a ocorrência de harmónicas de ressonância.[019] It should be clarified that in the event that the supply is pulsed, the period between pulses of hydrogen injection is less than the average residence time of the solid material in the furnace, but greater than the propagation time of the hydrogen deflagration until reaching the end furthest from the kiln, thus existing an absence of simultaneity to prevent the occurrence of resonance harmonics.

[020] As condições operatórias em termos da corrente gasosa de forno, correspondem a um número de Reynolds superior a 1000, mas inferiores a 10 elevado a 8, e os pontos de entrada de hidrogénio localizam ao longo do comprimento do reator a distâncias superiores ao raio hidráulico definido de forma habitual, mas sempre a distâncias entre si superiores ao raio hidráulico definido de forma habitual, para o cálculo de número de Reynolds e determinação subsequente do coeficiente do atrito. Preferencialmente as condições operatórias em termos da corrente gasosa de forno correspondem a um número de Reynolds entre 10000 e 10 elevado a 7, isto é sempre em condições movimento turbulento, e os pontos de entrada de hidrogénio localizam ao longo do comprimento do reator a distâncias superiores ao raio hidráulico definido de forma habitual, para o cálculo de número de Reynolds e determinação subsequente do coeficiente do atrito.[020] The operating conditions in terms of the furnace gas stream correspond to a Reynolds number greater than 1000, but less than 10 to the power of 8, and the hydrogen entry points located along the length of the reactor at distances greater than the hydraulic radius defined in the usual way, but always at distances greater than the hydraulic radius defined in the usual way, for the calculation of the Reynolds number and subsequent determination of the coefficient of friction. Preferably, the operating conditions in terms of the furnace gas flow correspond to a Reynolds number between 10000 and 10 raised to 7, i.e. always in turbulent motion conditions, and the hydrogen entry points located along the length of the reactor at greater distances to the hydraulic radius defined in the usual way, for the calculation of the Reynolds number and subsequent determination of the coefficient of friction.

[021] A quantidade de hidrogénio a introduzir no processo de combustão é, relativamente à do combustível principal, entre 0,0001% e 1%, preferencialmente entre 0,001 e 0,1% (v/V) do volume total de gases. Acrescenta-se que o controlo da introdução de hidrogénio é feito em cascata e a partir do teor de compostos orgânicos voláteis e de teor de monóxido de carbono, medidos de forma contínua na mistura gasosa efluente do forno, para assegurar combustão tão completa quanto possível.[021] The amount of hydrogen to be introduced in the combustion process is, relative to that of the main fuel, between 0.0001% and 1%, preferably between 0.001 and 0.1% (v/v) of the total volume of gases. It should be added that the control of the introduction of hydrogen is done in cascade and from the content of volatile organic compounds and the content of carbon monoxide, measured continuously in the gaseous mixture effluent from the kiln, to ensure combustion as complete as possible.

Tests for carrying out the invention

[022] Ensaios preliminares realizados em forno piloto permitiram manter um perfil de temperaturas muito semelhante ao habitual, com reduções médias de alimentação de combustível da ordem dos 5% utilizando mistura HHO injetada na corrente de ar secundário. A mais completa combustão do Carvão Residual de Petróleos, é evidenciada pela redução significativa das emissões de COV (Componentes Orgânicos Voláteis) bem como redução do teor de monóxido de carbono.[022] Preliminary tests carried out in a pilot furnace made it possible to maintain a temperature profile very similar to the usual one, with average reductions in fuel supply of around 5% using an HHO mixture injected into the secondary air stream. The most complete combustion of Petroleum Residual Coal is evidenced by the significant reduction in VOC (Volatile Organic Components) emissions as well as the reduction in the carbon monoxide content.

[023] Para realização dos ensaios foi utilizado um forno tubular de laboratório, com um diâmetro de 5cm e comprimento de 80 cm, equipado com um queimador convencional “air less” (apenas ar secundário) e a funcionar com Thin Fuel Oil (TFO) foi estabilizada a temperatura de 1100oc, tendo o excesso de ar secundário sido regulado por minimização de sinal no opacimetro de saída. Após estabilização foram efetuadas medidas de compostos orgânicos voláteis totais (COV’S) nos gases efluentes, bem como registado o valor lido no opacimetro (por exemplo: COV 720 ppm; OPACIMETRO 4.3 UVO). Todos os ensaios foram realizados em condições estabilizadas de queima e de temperatura de forno, tendo sido efectuadas cinco repetições em cada ensaio, para permitir ajuizar de reprodutibilidade, tendo sido registadas na tabela seguinte as variações médias observadas.[023] To carry out the tests, a laboratory tubular furnace was used, with a diameter of 5cm and a length of 80 cm, equipped with a conventional “air less” burner (only secondary air) and running on Thin Fuel Oil (TFO) the temperature of 1100°C was stabilized, and the excess of secondary air was regulated by minimizing the signal in the output opacimeter. After stabilization, measurements of total volatile organic compounds (VOC'S) were carried out in the effluent gases, as well as the value read on the opacimeter (for example: VOC 720 ppm; OPACIMETER 4.3 UVO). All the tests were carried out under stabilized conditions of firing and kiln temperature, with five repetitions being carried out in each test, to allow a judgment of reproducibility, with the observed average variations being recorded in the following table.

[024] Nos orifícios de inspecção, espaçados de 10cm foram ligados tubos metálicos de 1mm de diâmetro com válvula antirretorno, para permitir a introdução de caudais de mistura gasosa contendo hidrogénio produzido por electrólise.[024] In the inspection holes, spaced 10cm apart, metal tubes of 1mm in diameter with a non-return valve were connected, to allow the introduction of flows of gaseous mixture containing hydrogen produced by electrolysis.

[025] ENSAIO 1 (BRANCO) - Neste ensaio foram medidas as concentrações de óxidos de azoto (NOx), compostos orgânicos voláteis totais (VOC’S) e monóxido de carbono no efluente gasoso de forno, tendo havido o cuidado de apenas registar valores após se confirmarem condições estabilizadas, isto é após o transiente de arranque. Neste ensaio em branco não foi feita introdução de hidrogénio.[025] TEST 1 (WHITE) - In this test, the concentrations of nitrogen oxides (NOx), total volatile organic compounds (VOC'S) and carbon monoxide in the gaseous effluent from the kiln were measured, taking care to only record values after confirm stabilized conditions, i.e. after the start-up transient. In this blank test no hydrogen was introduced.

[026] ENSAIO 2 - Ensaio realizado em condições idênticas ao ensaio 1, mas com introdução contínua de H2 num teor correspondente a 0,01% (V/V) relativamente ao caudal de gás.[026] TEST 2 - Test carried out under conditions identical to test 1, but with continuous introduction of H2 at a level corresponding to 0.01% (V/V) relative to the gas flow.

[027] ENSAIO 3 - Ensaio realizado em condições idênticas ao ensaio 1, com caudal total de H2 idêntico ao do ensaio 2, mas com a introdução de H2 de forma pulsada, com frequência de um segundo, isto é 1 segundo de injecção e 1 segundo de interrupção e assim sucessivamente, utilizando uma válvula rotativa idêntica às de injecção em cromatografia preparativa.[027] TEST 3 - Test carried out under conditions identical to test 1, with a total H2 flow rate identical to that of test 2, but with the introduction of H2 in a pulsed manner, with a frequency of one second, i.e. 1 second of injection and 1 second of interruption and so on, using a rotary valve identical to those used for injection in preparative chromatography.

[028] ENSAIO 4 - Ensaio em tudo análogo ao ensaio 2 mas em que o teor de Hidrogénio injectado foi de 0,001% (V/V) isto é dez vezes inferior.[028] TEST 4 - Test similar to Test 2 but in which the injected Hydrogen content was 0.001% (V/V) this is ten times lower.

[029] ENSAIO 5 - Ensaio em tudo análogo ao ensaio 3, mas com um teor total de azoto de 0,001% (V/V) para permitir comparar directamente com o ensaio 4.

Tabela 1 - Resultados dos ensaios[029] TEST 5 - Test similar to test 3, but with a total nitrogen content of 0.001% (V/V) to allow direct comparison with test 4.

Table 1 - Test results

[030] Os resultados obtidos parecem indicar uma melhor eficiência na redução dos COV’S e CO de injeção pulsada de hidrogénio, mas pelo contrário uma redução mais significativa de redução de NOx na introdução contínua de hidrogénio.[030] The results obtained seem to indicate a better efficiency in the reduction of VOC'S and CO of pulsed hydrogen injection, but on the contrary a more significant reduction of NOx reduction in the continuous introduction of hydrogen.

[031] De notar que todas as quantidades de H2 introduzidas são vestigiais e estão muito afastadas das condições de combustão estequiométrica. As variações de teores de poluentes observadas são assim surpreendentes, e muito difíceis de explicar.[031] It should be noted that all amounts of H2 introduced are trace and are very far from stoichiometric combustion conditions. The observed pollutant content variations are thus surprising, and very difficult to explain.

[032] Tudo o que foi encontrado na literatura relativamente à introdução de H2 em sistemas de queima utiliza teores de H2 muito superiores, centenas de vezes, não sendo razoável fazer analogias, ou em termos de mecanismos considerar aplicabilidade já que as reacções de combustão em fase gasosa tem o passo limitante de cinética de segunda ordem pelo que a velocidade varia com o quadrado de concentração. É assim surpreendente que as quantidades ínfimas de hidrogénio utilizadas consigam desencadear re-ignição tornando mais completa a combustão do combustível principal.[032] Everything that was found in the literature regarding the introduction of H2 in burning systems uses much higher H2 contents, hundreds of times, making it unreasonable to make analogies, or in terms of mechanisms to consider applicability since the combustion reactions in The gaseous phase has second order kinetics limiting step so the velocity varies with the square of concentration. It is therefore surprising that the tiny amounts of hydrogen used manage to trigger re-ignition, making the combustion of the main fuel more complete.

[033] Os volumes registados em meia hora de funcionamento foram corrigidos com valores tabelados de solubilidade em água, admitida em condições de saturação dentro de proveta de medida.[033] The volumes recorded in half an hour of operation were corrected with tabulated values of solubility in water, admitted under saturation conditions inside a measuring cylinder.

[034] A utilização de válvula rotativa que permite a introdução de H2 de forma pulsada induz um aumento de pressão no tubo de borracha, e consequentemente dentro da célula eletrolítica. Foram assim repetidos os ensaios de verificação de caudais no sistema de proveta invertida em tina de água. Constatou-se que a pequena diferença observada (inferior a 1%) estará dentro do erro experimentado método utilizado, pelo que é de concluir que a pequena diferença de pressão induzida pela válvula não tem influência significativa no caudal médio da corrente gasosa com H2.[034] The use of a rotary valve that allows the introduction of H2 in a pulsed manner induces an increase in pressure in the rubber tube, and consequently within the electrolytic cell. Thus, the flow verification tests were repeated in the inverted cylinder system in a water tank. It was found that the small difference observed (less than 1%) will be within the error experienced by the method used, so it can be concluded that the small pressure difference induced by the valve does not have a significant influence on the average flow rate of the gaseous stream with H2.

[035] Na montagem laboratorial utilizada não é fácil quantificar a redução de consumo de combustível. No entanto, no conjunto de 25 ensaios (1 a 5 com 5 repetições) foi sempre necessário actuar sobre a válvula de agulha do queimador para reduzir o caudal de combustível de forma a manter a mesma temperatura média de forno. Esta redução foi feita sempre iterativamente já que a velocidade de resposta de temperatura média não é imediata sendo necessário esperar pelo menos 3 minutos para assegurar estabilização.[035] In the laboratory setup used, it is not easy to quantify the reduction in fuel consumption. However, in the set of 25 tests (1 to 5 with 5 repetitions) it was always necessary to act on the burner needle valve to reduce the fuel flow in order to maintain the same average furnace temperature. This reduction was always done iteratively since the mean temperature response speed is not immediate and it is necessary to wait at least 3 minutes to ensure stabilization.

[036] Nos ensaios realizados com teores muito inferiores de H2 (0,0001% e 0,00001%) não foi observada variação de temperatura de forno pelo que é de presumir que o efeito na eficácia de combustão já não é nestes casos observável com o equipamento de medida instalado.[036] In tests carried out with much lower contents of H2 (0.0001% and 0.00001%) no variation in furnace temperature was observed, so it is presumed that the effect on combustion efficiency is no longer observable in these cases with installed measurement equipment.

Claims

1. METHOD TO INCREASE THE EFFICIENCY OF CONTINUOUS COMBUSTION SYSTEMS characterized by being non-stoichiometric and by: c) Introduction of a quantity of hydrogen, relative to that of the main fuel, between 0.0001% and 1% of the total volume of gases; d) the control of the introduction of hydrogen is done in cascade and from the content of volatile organic compounds and the content of carbon monoxide, measured continuously in the effluent gaseous mixture; and this method takes place in a continuous oven.

2. METHOD, according to claim 1, characterized in that the amount of hydrogen to be introduced is between 0.001 and 0.1% (v/v) of the total volume of gases.

3. METHOD, according to the previous claims, characterized in that the hydrogen entry points in the continuous burning chamber are: a) in the fuel transport air; or b) in which the temperature profile at quasi steady state, immediately self-ignites the hydrogen; or c) points where pneumatic transport of only incandescent particles occurs.

4. METHOD, according to the previous claims, characterized in that the admission of hydrogen can be made discontinuously, at one or more points of entry to the continuous burning chamber, through pipes equipped with a non-return valve, as well as a dosing system and interruption, at pressures greater than the maximum pressure inside the combustion chamber.

5. METHOD, according to the previous claims, characterized in that the temperature profile is determined by optical pyrometers, or by measuring the temperature of the external surface of the oven along its length, and derived by calculation that intervenes in the conductivities and the radiative dissipation.

6. METHOD, according to the previous claims, characterized in that the hydrogen entry points are located along the length of the reactor at distances greater than the internal radius of the furnace body (r), but less than half the length.

7. METHOD, according to the previous claims, characterized in that the hydrogen entry points are located along the length of the reactor at distances to the internal radius of the furnace body (r) between 2r and 16r and between 2r and 6r.

8. METHOD, according to the previous claims, characterized in that the straight section of the furnace is elliptical, square, rectangular or trapezoidal and the hydrogen entry points are located along the length of the reactor at distances greater than the hydraulic radius, for the calculation of Reynolds number and subsequent determination of the coefficient of friction.

9. METHOD, according to the previous claims, characterized in that the supply of hydrogen is done in a pulsed manner with a period between pulses of hydrogen injection lower than the average residence time of the solid material in the furnace, but greater than the propagation time of the deflagration of hydrogen until reaching the furthest end of the furnace.

10. METHOD, according to the previous claims, characterized in that the operating conditions in terms of the furnace gas flow correspond to a Reynolds number greater than 1000, but less than 10 raised to 8, and the hydrogen entry points locate along the length of the reactor at distances greater than the hydraulic radius, but always at distances greater than the hydraulic radius, for the calculation of the Reynolds number and subsequent determination of the coefficient of friction.

11. METHOD, according to the previous claims, characterized in that the operating conditions in terms of the furnace gas flow correspond to a Reynolds number between 10000 and 10 raised to 7, and the hydrogen entry points are located along the length of the reactor at distances greater than the hydraulic radius, for the calculation of the Reynolds number and subsequent determination of the coefficient of friction.