BRMU8901519U2

BRMU8901519U2 - high speed burner arrangement for convection heat exchange with flame rotation fins

Info

Publication number: BRMU8901519U2
Authority: BR
Inventors: Ricardo Leite Passos
Original assignee: Thermojet Do Brasil Ltda
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2011-04-05
Also published as: BRMU8901519Y1

Abstract

DISPOSIçãO APLICADA EM QUEIMADOR DE ALTA VELOCIDADE PARA TROCA DE CALOR POR CONVECçãO COM ALETAS PARA ROTAçãO DE CHAMA consiste essencialmente de um queimador (1) de alta eficácia a ser preferencialmente utilizado em aquecimento de fornos e unidades industriais, manutenção de temperatura de unidades aquecidas ou o resfriamento controlado dessas, com destaque para um conjunto de aletas (2) curvas que força a chama a tomar um direcionamento espiralado.PROVISION APPLIED IN HIGH SPEED BURNER FOR CONVECTION HEAT EXCHANGE WITH FLAME ROTATION FINS essentially consists of a high efficiency burner (1) to be used preferably in heating ovens and industrial units, maintaining the temperature of heated units or the controlled cooling of these, with emphasis on a set of curved fins (2) that forces the flame to take a spiral direction.

Description

"DISPOSIÇÃO APLICADA EM QUEIMADOR DE ALTA VELOCIDADE PARATROCA DE CALOR POR CONVECÇÃO COM ALETAS PARA ROTAÇÃO DECHAMA""ARRANGEMENT APPLIED TO HIGH SPEED BURNER BURNER BY DECHAMA ROTATION FIN"

Trata a presente solicitação de Patente de Modelo de Utilidade de umanova "DISPOSIÇÃO APLICADA EM QUEIMADOR DE ALTA VELOCIDADE PARATROCA DE CALOR POR CONVECÇÃO COM ALETAS PARA ROTAÇÃO DECHAMA", notadamente de um equipamento que opera sobre pressõesrelativamente elevadas cuja construtividade se destaca por apresentar aletas quegeram um turbilhonamento do ar forçando a chama resultante a espiralar, o queconfere maior estabilidade da chama, mesmo com forte excesso de ar e, aindaassegura mistura ótima do ar com o gás combustível.It addresses the present Utility Model Patent application of a new "HIGH SPEED HEAT BURNER CONVECTION FOR DECHAMA ROTATION CONVECTION" arrangement, notably of equipment operating at relatively high pressures whose constructivity stands out for having a finned. Whirling the air by forcing the resulting flame to spiral, which gives greater flame stability, even with strong excess air, and yet ensures optimal mixing of air with fuel gas.

O queimador pleiteado é geralmente utilizado no aquecimento defornos e unidades industriais para início de produção e após paradas paramanutenção a frio, bem como manutenção da temperatura de unidades aquecidas,ou o resfriamento controlado de tais unidades.The claimed burner is generally used in heating furnaces and industrial units for start of production and after cold maintenance shutdowns, as well as maintaining the temperature of heated units, or controlled cooling of such units.

Os fornos e unidades compreendem, dentre outros, altos fornos,regeneradores, canais de corrida de gusa, chaminés, dutos revestidos porrefratários, carros torpedos, panelas de aço e gusa, convertedores de aço,distribuidores para lingotamento, fornos de reaquecimento de tarugos e placas,válvulas siderúrgicas, fornos de fusão e de aquecimento de metais não ferrosos(cobre, alumínio, zinco, níquel, etc.). O queimador pode ainda se aplicado em fornosde vidro e seus acessórios, fornos de cimento e cal, trocadores de calor em geral,fornos de coque, unidades de craqueamento de petróleo, caldeiras e incineradores,etc.The furnaces and units comprise, among others, blast furnaces, regenerators, pig iron raceways, chimneys, refractory lined ducts, torpedoes, steel and pig pots, steel converters, ingot distributors, billet and plate reheat furnaces. , steel valves, non-ferrous melting and heating furnaces (copper, aluminum, zinc, nickel, etc.). The burner can also be applied to glass furnaces and their accessories, cement and lime furnaces, general heat exchangers, coke ovens, oil cracking units, boilers and incinerators, etc.

No estado atual da técnica, os queimadores de alta velocidade semaletas, possuem entrada do ar através de orifícios em um flange até a região damistura com o gás. Esses queimadores emitem mais substâncias tóxicas, como, porexemplo, o monóxido de carbono e geram sobreaquecimento do cone de combustãorequerendo, em algumas situações, a utilização de resfriamento externo por meio deencapsulamento e uso de ventilador extra. Uma vez que o consumo de gás édeterminado pela vazão de ar e pela temperatura que se almeja atingir, a utilizaçãodo ventilador extra supracitado, para o resfriamento da chama, quase que dobra oconsumo de gás.In the current state of the art, high speed burners have air intake through holes in a flange to the gas mixing region. These burners emit more toxic substances, such as carbon monoxide and generate overheating of the combustion cone and, in some situations, require the use of external cooling through encapsulation and the use of an extra fan. Since the gas consumption is determined by the air flow and the desired temperature, the use of the aforementioned extra fan for flame cooling almost doubles the gas consumption.

Ciente dos Iimitantes e inconvenientes acima e pensando numa formad,e oferecer ao mercado um equipamento queimador realmente eficaz, o inventor,pessoa atuante no segmento em apreço, após estudos e pesquisas criou a"DISPOSIÇÃO APLICADA EM QUEIMADOR DE ALTA VELOCIDADE PARA TROCADE CALOR POR CONVECÇÃO COM ALETAS PARA ROTAÇÃO DE CHAMA" com oobjetivo de fornecer uma chama espiralada em queimadores de alta velocidadedevido a passagem do ar através das aletas direcionais.Aware of the above limitations and drawbacks and thinking of a formad, and offering the market a truly effective burner equipment, the inventor, a person active in this segment, after studies and research has created the "HIGH SPEED BURNER FOR CONVENTION HEAT TROCADE BURNER" WITH FLAME ROTATING FANS "for the purpose of providing a spiral flame on high speed burners due to the air passing through the directional fins.

Basicamente, o queimador pleiteado recebe ar de um ventiladorcentrífugo que opera sob pressões relativamente elevadas (800 - 1100 mmH20). Oar é utilizado para a combustão de um combustível líquido (Diesel) ou gasoso (Gásnatural, GLP1 Gás de coqueria, Gás de alto forno, ou qualquer outro gáscombustível). O ar é admitido em excesso no queimador, de forma que o excessopropriamente dito funciona como um diluidor de potência calorífica obtida pelacombustão, originando fumos com temperatura regulável em conformidade com arelação entre as vazões de gás e ar utilizadas.Basically, the claimed burner receives air from a centrifugal fan operating at relatively high pressures (800 - 1100 mmH20). Oar is used for the combustion of a liquid (Diesel) or gaseous fuel (Gas, Natural, GLP1 Coke oven gas, Blast furnace gas, or any other fuel gas). Excess air is allowed into the burner, so that the excess properly functions as a diluent of heat output from combustion, resulting in temperature-adjustable fumes in accordance with the relationship between the gas and air flow rates used.

Esse tipo de queimador possui estabilidade de chama em uma vastagama de relações ar χ gás, graças a um sistema interno de abafamento e misturaentre os dois componentes.This type of burner has flame stability over a wide range of air χ gas ratios, thanks to an internal muffling and mixing system between the two components.

Mais detalhadamente, o queimador possui uma entrada de ar na regiãotraseira, que passa por um estator composto de aletas inclinadas com área totalpadronizada, que atenua parcialmente a pressão de entrada de ar. Esse ar éadmitido ao queimador através desse estator externo à região de admissão eabafamento do gás combustível. Logo à frente da entrada de ar, um anteparo desviao ar do contato direto com o gás, causando turbulência e facilitando a mistura entreos dois componentes. O estator confere ao ar uma componente tangencial develocidade, gerando um turbilhão coerente e forçando a chama resultante aespiralar.In more detail, the burner has an air inlet in the rear region, which passes through a stator composed of inclined fins with full standardized area, which partially attenuates air inlet pressure. This air is admitted to the burner through this stator external to the intake region and the fuel gas exhaustion. Just in front of the air inlet, a screen deflects air from direct contact with the gas, causing turbulence and facilitating mixing between the two components. The stator gives the air a tangential velocity component, generating a coherent whirlwind and forcing the resulting flame to spiral.

Por sua vez, o gás é admitido por duas vias.In turn, the gas is admitted in two ways.

A primeira via, denominada entrada principal, recebe o ar na parteinterna do flange onde passa por uma sequencia de desvios, durante os quais o gásperde pressão e velocidade facilitando sua mistura com o ar nessa mesma região.Com a mistura realizada, uma vela de ignição produz uma centelha responsável peloinício da chama na área interna do flange.The first way, called the main inlet, receives air in the inner part of the flange where it goes through a sequence of deviations, during which the gas loses pressure and velocity facilitating its mixing with air in that same region. With the mixture performed, a spark plug produces a spark responsible for the start of the flame in the inner area of the flange.

Dessa forma, na posição em que ocorre a ignição, a relação ar χ gás está nos limitesde inflamabilidade dos gases, e, devido aos desvios pelos quais a chama passa atéa saída para a atmosfera, a velocidade da chama é reduzida tornandosuficientemente baixa para conferir estabilidade, mesmo com a admissão de mais arpela região externa do flange.Thus, in the position where the ignition occurs, the air χ gas ratio is within the flammability limits of the gases, and due to the deviations through which the flame passes to the atmosphere, the flame velocity is reduced making it sufficiently low to provide stability. even with the admission of more arpela from the outer flange.

A segunda via de gás, denominada auxiliar, é utilizada para aadmissão de gás diretamente à frente da chama, com o objetivo de evitar aconcentração de toda a combustão no mesmo espaço confinado, evitando assim apressurização extrema e o risco de extinção da chama. A via auxiliar é utilizadadurante a operação do queimador apenas quando a chama tiver comprimentosuficiente para cobrir esse ponto de entrada auxiliar de gás, de maneira que achama principal serve como chama piloto para ignição do gás auxiliar. Tal fatoocorre quando o aquecimento está em torno de 300°C de temperatura do ar.The second gas route, called auxiliary, is used for gas intake directly in front of the flame, in order to avoid the concentration of all combustion in the same confined space, thus avoiding extreme pressure and the risk of flame extinction. The auxiliary path is used during operation of the burner only when the flame is long enough to cover this auxiliary gas entry point, so that the main flame serves as the pilot flame for ignition of the auxiliary gas. This occurs when the heating is around 300 ° C of air temperature.

O queimador inovado se destaca, além das vantagens usuais de umqueimador de alta velocidade, pelo fato de utilizar as aletas direcionais aumenta otempo de residência do ar na câmara de combustão o que propicia uma chamamenor, mais encapsulada, e combustão mais completa evitando a geração desubprodutos como, por exemplo, monóxido de carbono, óxidos nitrosos (ΝΟχ),dentre outros. Com isso, a eficiência da combustão é maximizada e o impactoambiental, pela redução da geração de gases tóxicos é minimizada, inclusiveproporcionando maior segurança para as equipes de manutenção, uma vez que omonóxido de carbono, quando inalado, seqüestra a hemoglobina presente nosangue e causa envenenamento. Além disso, a componente tangencial develocidade concentra a chama na região centro longitudinal do cone de combustão(saída do queimador), propiciando que o mesmo seja mantido numa temperaturamais fria do que os queimadores sem aletas direcionais. Dessa forma, é possívelutilizar o queimador sem meios de resfriamentos externos mesmo em temperaturasmais elevadas, não havendo riscos de derretimento ou corrosão acentuada da saídado queimador.The innovative burner stands out, in addition to the usual advantages of a high speed burner, because the use of the directional fins increases the time of residence in the combustion chamber which provides a more encapsulated flame and more complete combustion avoiding the generation of byproducts. such as carbon monoxide, nitrous oxides (ΝΟχ), among others. As a result, combustion efficiency is maximized and environmental impact by reducing the generation of toxic gases is minimized, including providing greater safety for maintenance personnel as carbon dioxide, when inhaled, sequesteres hemoglobin present in the blood and causes poisoning. . In addition, the tangential velocity component concentrates the flame in the longitudinal center region of the combustion cone (burner outlet), allowing it to be kept at a colder temperature than burners without directional fins. Thus, it is possible to use the burner without external cooling means even at higher temperatures, without risk of melting or marked corrosion of the burner output.

A seguir, explica-se a inovação com referência aos desenhos anexos,nos quais estão representadas de forma ilustrativa e não limitativa:The following explains the innovation with reference to the accompanying drawings, in which they are represented by way of illustration and not limitation:

Fig. 1: Vista em perspectiva da disposição aplicada em queimador dealta velocidade para troca de calor por convecção com aletas para rotação dechama;Fig. 2: Vista em perspectiva explodida da disposição aplicada emqueimador de alta velocidade para troca de calor por convecção com aletas pararotação de chama;Fig. 1: Perspective view of the high speed burner applied arrangement for convection heat exchange with flame rotating fins; 2: Exploded perspective view of the arrangement applied to a high-speed convection heat exchanger with flame-rotating fins;

Fig. 3: Vista anterior da disposição aplicada em queimador de altavelocidade para troca de calor por convecção com aletas para rotação de chama;Fig. 3: Anterior view of the high speed burner arrangement for convection heat exchange with flame rotation fins;

Fig. 4: Vista posterior da disposição aplicada em queimador de altavelocidade para troca de calor por convecção com aletas para rotação de chama.Fig. 4: Rear view of high speed burner arrangement for convection heat exchange with flame rotation fins.

A "DISPOSIÇÃO APLICADA EM QUEIMADOR DE ALTA VELOCIDADEPARA TROCA DE CALOR POR CONVECÇÃO COM ALETAS PARA ROTAÇÃO DECHAMA", objeto desta solicitação de Patente, consiste essencialmente de umqueimador (1) de alta eficácia a ser preferencialmente utilizado em aquecimento defornos e unidades industriais, manutenção de temperatura de unidades aquecidasou o resfriamento controlado dessas, com destaque para um conjunto de aletas (2)curvas que força a chama a tomar um direcionamento espiralado.The "HIGH SPEED BURNER BURNER CONDITION FOR FLASH ROTATION CONVECTION", which is the subject of this Patent Application, consists essentially of a high efficiency burner (1) to be preferably used for heating of furnaces and industrial units, maintenance of temperature of heated units or their controlled cooling, with emphasis on a set of curved fins (2) that forces the flame to take a spiraling direction.

O queimador (1) de alta velocidade, que recebe ar de um ventilador de que operasob grande pressão, é composto por um corpo (C) cilíndrico que na porção anteriorapresenta um flange (3) com diversos orifícios (4), com área total padronizada. Oqueimador (1) possui uma entrada de ar na região posterior, que é obrigado apassar através do estator (E) de aletas inclinadas externo à região de admissão eabafamento do gás combustível. Logo à frente da entrada de ar, um anteparo (A')desvia o ar do contato direto com o gás, causando turbulência e facilitando a misturaentre os dois componentes. No estator (E) se destaca um conjunto de aletas curvasnas quais o ar recebe uma componente tangencial de velocidade, gerando umturbilhão coerente e forçando a chama resultante a espiralar. As aletas podem serretas, anguladas ou curvas.Já o gás é admitido por duas vias (5 e 6). A primeira via (5) recebe o arna saída do flange (3) onde passa por uma sequencia de desvios (7), durante o qualo gás perde pressão e velocidade facilitando sua mistura com o ar nessa mesmaregião. Com a mistura realizada, uma vela de ignição (8) produz uma centelharesponsável pelo início da chama na saída do flange (3). Na posição em que ocorrea ignição, a relação ar χ gás está nos limites de inflamabilidade dos gases, e, devidoaos desvios (7) que a chama passa até a saída para a atmosfera, a velocidade dachama é reduzida tornando suficientemente baixa para conferir estabilidade, mesmocom a admissão de mais ar pela região externa do flange gerando ar quente emuma primeira etapa. A mistura do ar remanescente após a estabilização da chama,na região externa ao flange gera ar quente em uma segunda etapa.The high speed burner (1), which receives air from a fan under which it operates under high pressure, is composed of a cylindrical body (C) which in the anterior portion has a flange (3) with several holes (4), with a standardized total area. . The burner (1) has an air inlet in the posterior region, which is required to pass through the inclined fin stator (E) external to the inlet region and the muffling of the fuel gas. Just in front of the air inlet, a shield (A ') deflects air from direct contact with the gas, causing turbulence and facilitating mixing between the two components. In stator (E) there is a set of curved fins in which air receives a tangential velocity component, generating a coherent turbulence and forcing the resulting flame to spiral. The fins can be serrated, angled or curved. The gas is already admitted by two ways (5 and 6). The first track (5) receives the outlet of the flange (3) where it passes a sequence of deviations (7), during which the gas loses pressure and velocity facilitating its mixing with the air in this same region. With the mixing performed, a spark plug (8) produces a spark responsible for the start of the flame at the flange outlet (3). In the position in which the ignition occurs, the air χ gas ratio is within the flammability limits of the gases, and, due to the deviations (7) that the flame passes to the exit to the atmosphere, the flame velocity is reduced making it sufficiently low to impart stability, even with the admission of more air through the outside of the flange generating hot air in a first step. Mixing the remaining air after flame stabilization outside the flange generates hot air in a second step.

A segunda via (6) de gás é utilizada para a admissão de gásdiretamente à frente da chama, com o objetivo de evitar a concentração de toda acombustão no mesmo espaço confinado, evitando assim a pressurização extrema eo risco de apagamento da chama. A segunda via é utilizada durante a operação doqueimador apenas quando a chama tiver comprimento suficiente para cobrir esseponto de entrada auxiliar de gás, de maneira que a chama principal serve comochama piloto para ignição do gás auxiliar gerando ar quente em uma terceira etapa.The second gasway (6) is used for gas inlet directly in front of the flame, with the aim of avoiding the concentration of all combustion in the same confined space, thus avoiding extreme pressurization and the risk of flame extinguishment. The duplicate is used during burner operation only when the flame is long enough to cover this auxiliary gas inlet point, so that the main flame serves as a pilot flame for ignition of the auxiliary gas generating hot air in a third step.

Tal fato ocorre quando o aquecimento está em torno de 300°C de temperatura do ar.This occurs when the heating is around 300 ° C of air temperature.

Claims

1.) "HIGH SPEED BURNER HEAT BURNER ARRANGEMENT FOR FLASH ROTATING CONVECTION", in front of the air inlet, a shield (A ') deflects air from direct contact with gas that is admitted in two ways. (5 and 6) generating stepped hot air, characterized in that in the stator (E) there is a set of curved, straight, or angled fins (2) in which the air receives a tangential velocity component, generating a coherent swirl and forcing the resulting flame to spiral.