BRPI0620398A2

BRPI0620398A2 - processo de oxicombustão aferida, utilizando reagentes pré-aquecidos

Info

Publication number: BRPI0620398A2
Application number: BRPI0620398-1A
Authority: BR
Inventors: Bertrand Leroux; Gabriel Constantin; Christian Imbernon; Remi Tsiava
Original assignee: Air Liquide
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2011-11-16
Also published as: TR201904082T4; PL1966537T3; ZA200804883B; RU2008130119A; WO2007074278A1; JP5074417B2; FR2895490A1; FR2895490B1; CN101341363A; US20100009301A1; JP2009520944A; AU2006329699B2; EP1966537B1; EP1966537A1; AU2006329699A1; CA2633019A1; RU2387924C2; CA2633019C; ES2717351T3

Abstract

PROCESSO DE OXICOMBUSTãO AFERIDA, UTILIZANDO REAGENTES PRé-AQUECIDOS. A invenção se refere a um processo de oxicombustão aferida no qual se injeta em uma câmara de combustão o jato do combustível no meio do jato de gás oxigenado primário, o jato de gás oxigenado primário por um orifício de diâmetro D e o jato de gás oxigenado secundário por um orifício de diâmetro d, colocado a uma distância 1 do jato de gás oxigenado primário, e no qual: - o jato do combustível desemboca a uma distância r em recuo da parede da câmara de combustão, - o gás oxigenado rico em oxigênio é pré- aquecido a uma temperatura de pelo menos 300<198>C, - a relação r/d está compreendida entre 5 e 20, ou entre 0,75 e 3, e a relação I/d é de pelo menos 2.

Description

PROCESSO DE OXICOMBUSTÃO AFERIDA, UTILIZANDO REAGENTES PRÉ- AQUECIDOS.

A presente invenção se refere a um processo de combustão de um combustível com o auxílio de um gás oxigenado rico em oxigênio, no qual o gás é pré-aquecido a uma temperatura de pelo menos 3 00°C.

Atualmente, as duas principais preocupações para o dimensionamento dos queimadores destinados aos fornos industriais são a eficácia da transferência de calor à carga e a redução das emissões poluentes, em particular os óxidos de nitrogênio. Um dos métodos mais promissores para responder a essas duas preocupações é a oxicombustão aferida, utilizando reagentes pré-aquecidos. Com efeito, é conhecido que a aferição da combustão permite reduzir as emissões de NOx e que o pré-aquecimento dos reagentes permite conseguir ganhos de energia.

A oxicombustão é uma combustão que utiliza um gás oxigenado de concentração em oxigênio superior ao ar. 0 processo de combustão aferida dos combustíveis em pelo menos dois fluxos de oxidante introduzidos a diferentes distâncias do fluxo de combustível. Assim, um primeiro fluxo de oxidante é introduzido à distância muito próxima do fluxo de combustível. Esse primeiro fluxo de oxidante o mais próximo do fluxo de combustível é denominado o fluxo primário; ele permite a combustão parcial do combustível a uma temperatura controlada que limita a formação dos NOx . Os outros fluxos de oxidante são introduzidos à maior distância do combustível que o fluxo de oxidante primário; eles permitem concluir a combustão do combustível que não reagiu com o oxidante primário. Esses fluxos são denominados fluxos secundários.

O pré-aquecimento dos reagentes (gás oxigenado e combustível) foi proposta em diferentes esquemas de recuperação do calor das fumaças (US 6.071.116). Descreveu- se também em WO 0079182 um queimador com injeção de combustível e de oxidante pré-aquecidos. Todavia, esses documentos não evocam a existência de problemas ligados à utilização dos reagentes quentes. Contudo, a utilização de reagentes quentes pode levar aos seguintes problemas:

- aumento da velocidade de chama da mistura dos reagentes. 0 fronte de chama se estabiliza então próximo das saídas dos diferentes orifícios dos queimadores, acentuando os riscos de aquecimento e de destruição prematura dos injetores;

- aumento da temperatura da chama, o que aumenta a transferência radioativa à carga e à superfície do queimador;

- aumento dos níveis de NOx térmico, em conseqüência do aumento da temperatura de chama.

A finalidade da presente invenção é de propor regras de dimensionamento para um queimador que utiliza uma oxicombustão aferida e reagentes pré-aquecidos, a fim de conservar as vantagens da oxicombustão aferida, sem sofrer os riscos ligados à utilização de reagentes pré-aquecidos.

Com essa finalidade, a invenção se refere a um processo de combustão de um combustível com o auxílio de um gás oxigenado rico em oxigênio, no qual se injeta uma câmara de combustão:

- um jato do combustível; e

- pelo menos dois jatos do gás oxigenado: o primeiro jato do gás oxigenado, dito primário, sendo introduzido por um orifício de diâmetro D e sendo injetado em torno do jato de combustível e em quantidade tal a gerar uma primeira combustão incompleta, os gases oriundos dessa primeira combustão comportando ainda pelo menos uma parte do combustível; e

o segundo jato do gás oxigenado sendo introduzido por um orifício de diâmetro d, colocado a uma distância I do orifício de introdução do primeiro jato de gás oxigenado primário, de maneira a entrar em combustão com a parte do combustível presente nos gases oriundos da primeira combustão; e no qual:

- o jato do combustível desemboca no meio do jato de gás oxigenado primário em um ponto em recuo da parede da câmara de combustão, esse ponto ficando situado a uma distância r;

- o gás oxigenado rico em oxigênio é pré-aquecido a uma temperatura de pelo menos 300°C;

- a relação r/D está compreendida:

. seja entre 5 e 20, de preferência entre 7 e 15;

. seja entre 0,7 5 e 3;

- e a relação l/d é de pelo menos 2, de preferência de pelo menos 10.

O processo, de acordo com a invenção, utiliza uma combustão, na qual o combustível é um gás oxigenado rico em oxigênio, isto é, apresentando uma concentração em oxigênio mais elevada do que o ar: pode tratar-se de ar enriquecido em oxigênio ou de oxigênio puro. De preferência, a concentração em oxigênio desse gás oxigenado é de pelo menos 7 0 % em volume.

O processo, de acordo com a invenção, utiliza uma combustão, na qual pelo menos o gás oxigenado é pré- aquecido a uma temperatura de pelo menos 300°C. Esse pré- aquecimento pode ser feito por qualquer método conhecido da técnica anterior. De preferência, trata-se de um pré- aquecimento por recuperador, permitindo recuperar o calor das fumaças de combustão. O combustível pode ser também pré-aquecido, de preferência a pelo menos 300°C.

O processo, de acordo com a invenção, utiliza uma combustão aferida na qual o gás oxigenado é dividido em dois fluxos que são introduzidos na câmara de combustão a diferentes distâncias do jato de combustível. O jato primário é introduzido em contato com o jato de combustível

e o envolve. O orifício do injetor que introduz o jato primário na câmara de combustão é de diâmetro D. A extremidade desse injetor de jato primário desemboca diretamente na câmara de combustão. Ao contrário, a extremidade do injetor de combustível não desemboca diretamente na câmara de combustão, mas fica situada em recuo da parede da câmara de combustão: a extremidade do injetor de combustível desemboca no meio do injetor de jato primário em um ponto em recuo da parede da câmara de combustão, situado a uma distância r dessa parede. 0 diâmetro do injetor de combustível é geralmente ajustado, de maneira a produzir uma chama estável. Geralmente, são introduzidos 2 a 20 % da quantidade total em gás oxigenado necessário à combustão do combustível por meio do jato primário. O complemento de gás oxigenado é introduzido por

meio do jato secundário por um injetor, cuja extremidade desemboca diretamente na câmara de combustão e cujo orifício apresenta um diâmetro d. Esse injetor do jato secundário é colocado a uma distância I do orifício de gás oxigenado primário, a distância I sendo medida entre as bordas as mais próximas dos orifícios do injetor de gás oxigenado primário e do injetor de gás oxigenado secundário.

Uma das características essenciais da invenção é que é preciso evitar aplicar o processo de oxicombustão aferida com retirada do injetor de combustível no meio do injetor de gás oxigenado primário com um dimensionamento tal que r/D esteja compreendido entre 3 e 5. Os dimensionamentos respectivos de r e D são críticos, pois influenciam o volume da cavidade criada pela retirada do injetor de combustível no meio do injetor de gás oxigenado primário. Pela escolha do bom, dimensionamento, a invenção permite, por um lado, evitar que a chama de pré-mistura que se desenvolve nessa cavidade danifique as extremidades dos injetores de combustível e de gás oxigenado primário e, por outro, evitar que a radiação proveniente da câmara de combustão danifique a extremidade do injetor de combustível.

Uma outra característica essencial da invenção é que a relação l/d deve ser de pelo menos 2, de preferência de pelo menos 10.

Habitualmente, os orifícios pelos quais são injetados os reagentes apresentam uma seção circular. Todavia, a invenção abrange também os casos em que as seções desses orifícios não são de forma circular; nestes últimos casos, os diâmetros d e D evocados acima correspondem aos diâmetros hidráulicos das seções não circulares, o diâmetro hidráulico sendo definido como a relação de 4 vezes a superfície da seção do orifício dividido pelo perímetro da seção do orifício.

A figura 1 representa um esquema que permite ilustrar os diferentes elementos de dimensionamento do processo, de acordo com a invenção (r, d, D, I) . O combustível 1 é introduzido por meio do injetor 7 colocado no injetor 6 do gás oxigenado primário 2. A extremidade do injetor de combustível fica situada a uma distância r em recuo da parede 4 da câmara de combustão. A extremidade do injetor do gás oxigenado primário 2 apresenta um diâmetro D. 0 gás oxigenado secundário 3 é introduzido pelo injetor 5, cuja extremidade apresenta um diâmetro d. A distância entre as bordas das extremidades dos injetores 5 e 6 de gás oxigenado é I.

Por aplicação do processo tal como descrito anteriormente, é possível utilizar o pré-aquecimento dos reagentes de combustão em um processo de oxicombustão aferida, sem danificar prematuramente os injetores de reagentes e sem aumentar a emissão de NOx .

Claims

1. Processo de combustão de um combustível com auxílio de gás oxigenado rico em oxigênio, no qual se injeta em uma câmara de combustão: - um jato do combustível; e - pelo menos dois jatos do gás oxigenado: o primeiro jato do gás oxigenado, dito primário, sendo introduzido por um orifício de diâmetro D e sendo injetado em torno do jato de combustível e em quantidade tal que gera uma primeira combustão incompleta, os gases oriundos dessa primeira combustão comportando ainda pelo menos uma parte do combustível; e . o segundo jato do gás oxigenado sendo introduzido por um orifício de diâmetro d, colocado a uma distância I do orifício de introdução do primeiro jato de gás oxigenado primário, de maneira a entrar em combustão com a parte do combustível presente nos gases oriundos da primeira combustão; e no qual: - o jato do combustível desemboca no meio do jato de gás oxigenado primário em um ponto em recuo da parede da câmara de combustão, esse ponto ficando situado a uma distância r; - o gás oxigenado rico em oxigênio é pré-aquecido a uma temperatura de pelo menos 300°C; caracterizado pelo fato de: - a relação r/D estar compreendida: seja entre 5 e 20, de preferência entre 7 e 15; seja entre 0,7 5 e 3; - e a relação l/d ser de pelo menos 2.

2. Processo, de acordo com a reivindicaçãol, caracterizado pelo fato de a relação r/D estar compreendida entre 7 e 15.

3. Processo, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a relação I/d ser de pelo menos -10.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de o gás oxigenado rico em oxigênio apresentar uma concentração em oxigênio de pelo menos 70 % em volume.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de o combustível ser pré-aquecido em pelo menos 300°C.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de ser aplicado em um forno de fusão de vidro.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5,6 ou 7, caracterizado pelo fato de ser aplicado em um forno de aquecimento.