BRPI0616554A2 - method for monitoring a burner, and burner for combustion of an oxidant fuel - Google Patents
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Abstract
MéTODO PARA MONITORAR UM QUEIMADOR, E QUEIMADOR PARA COMBUSTãO DE UM COMBUSTìVEL COM OXIDANTE. Um método durante a combustão de um combustível com oxidante em um forno industrial, no qual um combustível e um oxidante são supridos para uma cabeça de queimador, onde a chama é monitorada por um detector de luz ultravioleta. A invenção é caracterizada pelo fato de pelo menos um canal (3) para suprir combustível e pelo menos dois canais (4, 5) para suprir oxidante estarem presentes e se desenvolverem em direção à superfície (6) da cabeça de queimador (1) no lado de dentro do forno, de o canal (3) para combustível e um primeiro canal (5) para oxidante serem localizados mais próximos um do outro, e de o citado detector (2) ser arranjado no canal (3) para combustível ou no segundo canal (4) para oxidante, e de uma fração da quantidade total do oxidante suprido ser suprida para o citado segundo canal (4) para oxidante, e de o oxidante ser suprido para o citado segundo canal (4) para oxidante durante o processo de combustão completo.METHOD FOR MONITORING A BURNER, AND A BURNER FOR FUEL WITH OXIDANT. A method during the combustion of an oxidant fuel in an industrial furnace, in which a fuel and oxidant are supplied to a burner head, where the flame is monitored by an ultraviolet light detector. The invention is characterized in that at least one fuel supply channel (3) and at least two oxidant supply channels (4) are present and developing towards the surface (6) of the burner head (1) in the inside the furnace, that the fuel channel (3) and a first oxidizer channel (5) are located closer together, and that said detector (2) is arranged in the fuel channel (3) or second channel (4) for oxidant, and a fraction of the total amount of supplied oxidant is supplied to said second channel (4) for oxidant, and the oxidant is supplied to said second channel (4) for oxidant during the process of complete combustion.
Description
"MÉTODO PARA. MONITORAR UM QUEIMADOR, E QUEIMADOR PARACOMBUSTÃO DE UM COMBUSTÍVEL COM OXIDANTE"."METHOD FOR. MONITORING A BURNER, AND BURNER FOR AN Oxidant FUEL".
A presente invenção se relaciona a um método e arranjopara monitorar um queimador, principalmente um queimadorusado em fornos industriais.The present invention relates to a method and arrangement for monitoring a burner, especially a burner used in industrial furnaces.
Um meio de resolver o problema de formação de NOx durantea combustão de combustíveis fósseis é injetar gases enjnaj^taxas elevadas na zona de combustão. Combustíveis eoxidantes gasosos são injetados a uma certa distânciaum do outro na câmara de combustão. Os gases sãoinjetados através de lanças providas com bicos na cabeçade queimador. Os gases injetados são diluídos com osgases de combustão, uma vez que os gases são injetadosa uma certa distância um do outro. Esta diluição, juntocom o fato de os gases diluídos serem primeiro misturadosa uma certa distância da cabeça do queimador, faz osgases reagirem a uma taxa menor que de uma combustãoconvencional, devido à baixa concentração de gases. Estacombustão garante a supressão da formação de NOx.One way of solving the problem of NOx formation during combustion of fossil fuels is to inject high gasses into the combustion zone. Gaseous fuels and oxidants are injected at a certain distance from each other in the combustion chamber. The gases are injected through lances provided with nozzles in the burner head. Injected gases are diluted with combustion gases, since the gases are injected a certain distance from each other. This dilution, together with the fact that the diluted gases are first mixed at a certain distance from the burner head, causes the gases to react at a lower rate than conventional combustion due to the low gas concentration. This combustion ensures the suppression of NOx formation.
Por razões de segurança, um queimador deve ser monitoradoquanto à presença de chama em operação. Tal monitoramentousualmente é feito por um sensor UV sensível à radiaçãoultra-violeta (radiação UV) , qual sensor normalmente émontado no queimador, de modo que este sensor possa verparte da chama presente.For safety reasons, a burner should be monitored for operating flame. Such monitoring is usually done by a UV sensor sensitive to ultra violet radiation (UV radiation), which sensor is usually mounted on the burner so that this sensor can see part of the flame present.
A chama se tornará mais longa e mais aberta com o métodode combustão descrito acima e, portanto, menos visível.Isto torna a detecção de chama por um sensorconsideravelmente mais difícil. Ademais, o método decombustão descrito acima requer que o forno seja primeiroaquecido à temperatura de ignição espontânea dos gasesantes de a combustão pelo método descrito acima podercomeçar. O forno, neste caso, é operado em umatemperatura abaixo de aproximadamente 80 0°C. Um queimadordo tipo acima não pode, por razões de segurança, serusado durante a fase de aquecimento, uma vez que a chamado tipo descrito é difícil de detectar em temperaturasabaixo de 800°C, embora ao mesmo tempo, normas desegurança especifiquem que o monitoramento UV deve serfeito em temperaturas abaixo de 800°C.The flame will become longer and more open with the combustion method described above and therefore less visible. This makes flame detection by a sensor considerably more difficult. In addition, the combustion method described above requires that the furnace be first heated to the spontaneous ignition temperature of the combustion gases by the method described above may begin. The furnace in this case is operated at a temperature below approximately 80 ° C. A burn of the above type cannot, for safety reasons, be used during the heating phase, as the so-called described type is difficult to detect at temperatures below 800 ° C, although at the same time safety standards specify that UV monitoring should be performed. made at temperatures below 800 ° C.
A presente invenção resolve este problema.A presente invenção, assim, se relaciona a um métododurante a combustão de combustível com oxidante em fornosindustriais, no qual o combustível e o oxidante sãosupridos a uma cabeça de queimador, e onde a chamaé monitorada por um detector de luz ultravioleta e quese caracteriza pelo fato de pelo menos um canal parasuprir combustível e pelo menos dois canais para supriroxidante estarem presentes e se desenvolveremna superfície da cabeça de queimador no lado de dentro doforno, e de o canal para combustível e um primeiro canalpara oxidante serem localizados a uma distância um dooutro, e de o canal para combustível e um segundo canalpara oxidante serem localizados mais próximos um dooutro, e de o citado detector ser arranjado no canal paracombustível ou no segundo canal para oxidante, e de umafração da quantidade total do oxidante suprido sersuprida para o citado segundo canal para oxidante duranteo processo completo de combustão.The present invention solves this problem. The present invention thus relates to a method of combustion of oxidant fuel in industrial furnaces, in which the fuel and oxidant are supplied to a burner head, and where the flame is monitored by a flame detector. Ultraviolet light is characterized by the fact that at least one channel for supplying fuel and at least two channels for suproxidant are present and developing on the surface of the burner head inside the furnace, and that the fuel channel and a first channel for oxidizer are located. at a distance one from the other, and the fuel channel and a second oxidant channel are located closer to one another, and said detector is arranged in the fuel channel or the second oxidant channel, and a fraction of the total amount of oxidant supplied will be supplied to said second channel for oxidant during the complete combustion process to.
A invenção ademais se relaciona a um arranjo do tipo etendo as características principais especificadas nareivindicação 6.The invention further relates to an arrangement of the type having the main features specified in claim 6.
A invenção será descrita com mais detalhes a seguirparcialmente em conexão com uma configuração da invençãomostrada nos desenhos anexos, nos quais:The invention will be described in more detail below in part in connection with an embodiment of the invention shown in the accompanying drawings, in which:
a figura 1 mostra esquematicamente um corte longitudinalde uma cabeça de queimador, de acordo com a invenção; eFig. 1 schematically shows a longitudinal section of a burner head according to the invention; and
as figuras 2a, 2b, 2c mostram configurações alternativasde uma parte central da cabeça de queimador, vistoà direita na figura 1.Figures 2a, 2b, 2c show alternative configurations of a central part of the burner head, seen to the right in Figure 1.
A figura 1 mostra um queimador para combustão de umcombustível com oxidante em fornos industriais.Figure 1 shows a burner for combustion of an oxidizer fuel in industrial furnaces.
O queimador sendo arranjado de modo que o combustível eoxidante sejam supridos para a cabeça de queimador 1.Um detector 2 para detectar luz ultravioleta fora dacabeça de queimador 1 está presente para monitorara chama.The burner being arranged such that the oxidizing fuel is supplied to the burner head 1. A detector 2 for detecting ultraviolet light outside the burner head 1 is present to monitor the flame.
De acordo com a invenção, pelo menos um canal 3 estápresente para suprir combustível, e pelo menos doiscanais 4, 5 para suprir oxidante, que se desenvolvem emdireção à superfície 6 da cabeça de queimador no lado dedentro do forno. 0 canal 3 para combustível e um primeirocanal para oxidante estão localizados em uma distância umdo outro, e o canal 3 para combustível e o segundo canalpara oxidante sendo localizados mais próximos entre si.According to the invention, at least one channel 3 is present for fuel supply, and at least two channels 4, 5 for supplying oxidant, which extend towards the surface 6 of the burner head on the inside of the furnace. Fuel channel 3 and a first oxidant channel are located at a distance from each other, and fuel channel 3 and the second oxidant channel are located closer together.
A figura 1 também mostra um terceiro canal 7 para supriroxidante.Figure 1 also shows a third channel 7 for supriroxidant.
0 citado detector 2 é arranjado no canal 3 paracombustível e no segundo canal 4 para oxidante.Said detector 2 is arranged on fuel channel 3 and second channel 4 for oxidant.
É apropriado que o detector seja arranjado na extremidadedo canal mais afastada do forno e de modo que a luzultravioleta da chama no canal incida sobre o detector.It is appropriate that the detector be arranged at the far end of the channel from the furnace and so that the ultraviolet light of the flame in the channel falls on the detector.
O detector é conectado a um circuito detector(não mostrado nos desenhos) através de qual circuito apresença da chama pode ser verificada. No caso de a chamanão ser detectada, o suprimento de combustível e oxidanteé interrompido.The detector is connected to a detector circuit (not shown in the drawings) through which the presence of flame circuit can be checked. If the flame is not detected, the fuel and oxidant supply is interrupted.
Quando for usado um combustível de baixo valor, tal comogás de alto-forno, pode ser vantajoso, no caso de ocitado detector 2 ser disposto no canal 3 paracombustível, arranjar o detector em um tubo especial quecorre dentro do canal 3 para combustível.When a low value fuel such as blast furnace gas is used, it may be advantageous, if said detector 2 is disposed in fuel channel 3, to arrange the detector in a special pipe running within fuel channel 3.
Ademais, o queimador é arranjado para suprir uma fraçãoda quantidade total do oxidante suprido para o citadosegundo canal 4 para oxidante.In addition, the burner is arranged to supply a fraction of the total amount of oxidant supplied to said channel 4 for oxidant.
0 canal 3 para combustível e o segundo canal paraoxidante, que são localizados mais próximos um do outro,são distanciados de modo que uma chama estável que começaperto da cabeça de queimador possa ser mantida.The fuel channel 3 and the second paraoxidant channel, which are located closest to each other, are spaced apart so that a stable flame starting close to the burner head can be maintained.
0 canal 3 para combustível e o primeiro canal 5 paraoxidante são localizados a uma tal distância um do outro,que os gases injetados são diluídos com os gases decombustão. Esta diluição, junto com o fato de os gasesdiluídos serem primeiro misturados a uma certa distânciada cabeça de queimador, faz que os gases reajam entre siem um processo de combustão na qual se suprime a formaçãode Nox, como descrito anteriormente.The fuel channel 3 and the first paraoxidizing channel 5 are located at such a distance from each other that the injected gases are diluted with the combustion gases. This dilution, together with the fact that the diluted gases are first mixed at a certain distance from the burner head, causes the gases to react with each other in a combustion process in which Nox formation is suppressed, as described above.
Na invenção é mais vantajoso usar oxidantes que tenham umconteúdo de O2 maior que 85%. O combustível pode sergás natural, propano, gasol, óleo de aquecimento etc..O oxidante é injetado na câmara de combustão através deum bico ou diversos bicos projetados como tubos retos ouatravés de bicos Lavai ou Venturi. Uma pressão deoxidante preferida é uma pressão em excesso de pelo menos2 báries. Quanto maior esta pressão, maior seráa supressão de formação de NOx. Uma pressão preferidapara aplicação normal deve estar entre 4 a 5 báries.In the invention it is more advantageous to use oxidants having an O2 content greater than 85%. The fuel can be natural gas, propane, gasoline, heating oil etc. The oxidizer is injected into the combustion chamber through a nozzle or various nozzles designed as straight tubes or through Lavai or Venturi nozzles. A preferred deoxidizing pressure is at least 2 bar excess pressure. The higher this pressure, the greater the suppression of NOx formation. A preferred pressure for normal application should be between 4 and 5 bars.
O combustível é injetado através de bicos normaisna pressão disponível.Fuel is injected through normal nozzles at the available pressure.
A distância entre o canal 3 para combustível e o citadoprimeiro canal deve exceder cerca de 4 0 mm para conseguiro efeito desejado.The distance between fuel channel 3 and the first channel should exceed about 40 mm for the desired effect.
Quando o oxidante é suprido para o primeiro canal 5,mantém-se o suprimento de oxidante para o segundo canal 4para oxidante. Assim, obtém-se um processo de combustãoestável também para o combustível e oxidante que ésuprido através do primeiro canal para oxidante.Como descrito acima, o detector 2 é arranjado no canal 3para combustível ou no segundo canal 4 para oxidante.When oxidant is supplied to the first channel 5, the oxidant supply to the second channel 4 is maintained for oxidant. Thus a stable combustion process is also obtained for the fuel and oxidant which is supplied through the first oxidant channel. As described above, detector 2 is arranged in the fuel 3 channel or the second oxidant channel 4.
Ambos canais se desenvolvem próximos um do outro emdireção à superfície da cabeça de queimador no lado dedentro do forno, e, portanto, a detecção da chama decombustão com oxidante suprido a partir do segundo canal4 para oxidante será extremamente segura. 0 combustível eo oxidante, suprido a partir do primeiro canal 5 paraoxidante, serão queimados, desde que haja chama.Both channels develop close to each other towards the surface of the burner head on the inside of the furnace, and therefore the detection of oxidant-combustion flame supplied from the second channel4 for oxidant will be extremely safe. The fuel and oxidant supplied from the first paraoxidizing channel 5 will be burned as long as there is a flame.
Assim, obtém-se uma indicação extremamente segura decombustão. Isto significa que o método e arranjo dapresente invenção permitem uma detecção de chama por umdetector de luz ultravioleta em todas condições deoperação concebíveis.This gives an extremely safe indication of combustion. This means that the method and arrangement of the present invention allows flame detection by an ultraviolet light detector under all conceivable operating conditions.
Em um projeto preferido, entre 4% e 40% de oxidanteé suprido pelo citado segundo canal 4 para oxidante. Qualquantidade provê uma chama estável, enquanto, ao mesmotempo, a fração de oxidante suprida deve ser pequena paranão afetar a formação de NOx.In a preferred design, between 4% and 40% oxidant is supplied by said second channel 4 for oxidant. Any amount provides a stable flame, while at the same time the oxidant fraction supplied should be small so as not to affect the formation of NOx.
De acordo com outro projeto alternativo preferido, entre5% e 15% de oxidante é suprido através do segundo canal 4para oxidante.According to another preferred alternative design, between 5% and 15% oxidant is supplied through the second oxidant channel 4.
As figuras 2a a 2c mostram diferentes projetos do canalpara combustível e do citado segundo canal, vistosà direita na figura 1.Figures 2a to 2c show different designs of the fuel channel and said second channel, seen to the right in figure 1.
Em um projeto preferido, mostrado nas figuras 2a e 2b,o citado segundo canal 4; 4B e o canal 3; 3B paracombustível são coaxiais.In a preferred design shown in figures 2a and 2b, said second channel 4; 4B and channel 3; 3B for fuel are coaxial.
Em um projeto alternativo, mostrado na figura 2c,o citado segundo canal 4C e o canal 3C para combustívelsão separados e paralelos.In an alternative design, shown in Figure 2c, said second channel 4C and fuel channel 3C are separate and parallel.
Deve ser aparente que os canais podem ser projetados deoutros modos, em outras quantidades, sem sair do conceitoinovador da invenção.It should be apparent that the channels may be designed in other ways in other amounts without departing from the innovative concept of the invention.
Por conseguinte, a presente invenção não deve ser tomadacomo limitada pelas configurações especificadas, ea mesma somente pode variar dentro do escopo especificadopelas reivindicações anexas.Accordingly, the present invention should not be taken as limited by the specified configurations, and may only vary within the scope specified by the appended claims.
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