BRPI0714982A2 - sistema e mÉtodo de fluidizaÇço de cinza - Google Patents

Abstract

SISTEMA E MÉTODO DE FLUIDIZAÇçO DE CINZA. A presente invenção refere-se a um sistema (120) para fluidizar cinza em um duto (124) de sistema de redução catalítica seletiva. O sistema (120) compreende um duto (124), uma fonte (126) para gerar ar comprimido, e um cabeçote de injeção de ar (128) unido com a fonte (126) e unido com o duto (124) via um ou mais furos (130) no duto (124). O cabeçote de injeção de ar (128) é adaptado para injetar ar comprimido da fonte (126) para as áreas do duto propensas a acumular cinza. O cabeçote de injeção de ar (128) inclui um subcabeçote (132) unido com uma pluralidade de lanças de injeção (134). Cada uma da pluralidade de lanças de injeção (134) tem um bocal de extremidade (136). O bocal de extremidade (136) pode ter uma configuração de um chapéu de cogumelo (137) ou uma configuração de extremidade angulada para direcionar ar em uma direção particular.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA E MÉTODO DE FLUIDIZAÇÃO DE CINZA".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Campo da Invenção

A presente invenção refere-se genericamente a um sistema para

prevenir acumulação de pó em duto de trabalho. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um sistema que usa a injeção de ar para re- arrastar ou fluidizar cinza em gás de cano de chaminé fluindo através do du- to de trabalho de um sistema de redução catalítica seletiva (SCR). Descrição da Técnica Relacionada

Sistemas de redução catalítica seletiva (SCR) são comumente aplicados para as unidades de utilidade e combustão industrial para reduzir emissões de NOx. Em um sistema de SCR, amônia ou similar é injetada em um gás de cano de chaminé. O gás de cano de chaminé injetado com amô- nia é passado através de um catalisador onde acontecem reações químicas para converter emissões de NOx a nitrogênio elementar e água. A presença de um catalisador é geralmente requerida para acelerar as reações químicas porque os sistemas de SCR operam tipicamente em temperaturas relativa- mente baixas, que podem diminuir a velocidade ou prevenir as reações quí- micas. Catalisadores comumente usados incluem uma formulação de vaná- dio/titânio, materiais de zeolito e similares.

Muitas das instalações colocam o reator de SCR em localiza- ções de pó altas antes do sistema de coleção de particulados. É dada aten- ção cuidadosa ao projeto do duto de trabalho e reator de SCR para evitar a deposição de pó. O catalisador é especificamente projetado para resistir à erosão e efeitos potencialmente venenosos da cinza muito fina. As velocida- des do duto de trabalho são escolhidas para assegurar que a cinza muito fina permanece arrastada no ponto de projeto, devido a que a caída da cinza no duto de trabalho é indesejável. No entanto, é comum a tais sistemas experimentar deposição de

pó em algumas localizações dentro do duto de trabalho sob certas circuns- tâncias. A redução na velocidade do gás através do duto de trabalho expe- rimentada quando a unidade de combustão é operada em cargas reduzidas é a causa principal de deposição de pó. Poderia também se causada por mudanças ambientais na operação da unidade, por exemplo, operando com ar de excesso mais baixo, ou combustíveis diferentes. Os pontos mais co- muns para a deposição são pernas mortas no duto de trabalho e logo a mon- tante do duto de trabalho da coifa de entrada do SCR.

As figuras 1 e 2 provêm um exemplo de acumulação de pó e resultante tamponamento do sistema de SCR 20 de acumulação de cinza. A figura 1 mostra uma parte do sistema de SCR 20 quando a unidade de com- bustão é operada em uma carga baixa 22. O sistema de SCR 20 está tipi- camente localizado entre uma saída do gerador a vapor (não mostrada) e uma entrada do pré-aquecedor (não mostrada). Como um fluxo de gás de cano de chaminé 21 flui através de um duto 24, cinza muito fina está tipica- mente presente no fluxo de gás do cano de chaminé. Um catalisador 26 é alojado no sistema de SCR 20 dentro do duto 24 e está sujeito a concentra- ção plena de cinza muito fina enquanto o fluxo de gás de cano de chaminé 21 passa através dele. O catalisador 26 é tipicamente coberto por telas 28 para capturar cinza muito fina antes de ela alcançar os canais do catalisador (não mostrado).

O sistema de SCR 20 é dimensionado para receber fluxo de gás

de cano de chaminé 21 quando a unidade de combustão (não mostrada) é operada em uma carga plena. Quando a unidade de combustão (não mos- trada) é operada em uma carga baixa 22, o duto 24 tem menos gás de cano de chaminé passando através dele. A velocidade do fluxo de gás de cano de chaminé 21 é então grandemente reduzida. Esta redução na velocidade po- de levar á deposição de pó. Enquanto o fluxo de gás de cano de chaminé 21 flui através do duto 24, uma cinza muito fina 30 acumula e adapta-se em uma pilha de pó 32. Devido ao projeto do duto 24, a pilha de pó 32 ocorre normalmente exatamente á montante de uma coifa de entrada de SCR 34. Referindo-se agora à figura 2, quando o sistema de SCR 20 está

operando a plena carga 36, a velocidade do fluxo de gás de cano de chami- né 21 aumenta de retorno à velocidade de projeto. Como a velocidade é aumentada para acomodar carga plena 36, a cinza muito fina 30 que acumu- lou na pilha de pó 32 pode ser re-arrastada de repente causando cair sobre o catalisador 26 uma avalanche 38 de cinza muito fina. Como resultado, ca- nais (não mostrados) dentro do catalisador 26 pode se tornar tampados e a eficiência do sistema de SCR 20 reduzido. A queda de pressão através do sistema de SCR 20 pode aumentar também.

Tipicamente, as únicas medidas tomadas para prevenir a forma- ção de pilhas de pó envolvem o projeto do duto de trabalho. Geralmente, a forma da entrada para a coifa de entrada do SCR pode ser projetada de tal forma que a velocidade através desta peça de transição seja constante no ponto de projeto. O resultado é duto de trabalho com declive de teto que es- tá ao mesmo tempo, expandindo para encontrar a seção transversal do rea- tor de SCR. Os dutos de desvio são protegidos tanto equipando-os com aba- fadores para eliminar pernas mortas quanto fazendo o duto de desvio não ter nenhuma estante onde a cinza pode acumular.

Estas abordagens geralmente provaram não ter sucesso. Ainda permanece a ocorrência de deposição de pó na entrada da coifa de entrada do SCR, e pernas mortas no duto. As pilhas de cinza sendo golpeadas fora sobre os leitos do catalisador enquanto a unidade de combustão volta à ple- na carga é uma ocorrência. A tecnologia atual oferece pouco para endereçar o potencial de deposição de cinza na área de entrada do reator de SCR. BREVE RESUMO DA INVENÇÃO

Um aspecto da invenção é um sistema para fluidizar cinza em um duto de um sistema de redução catalítica seletiva. O sistema inclui uma fonte para gerar ar comprimido e um cabeçote de injeção de ar unido com a fonte e unido com o duto via um ou mais furos no duto. O cabeçote de inje- ção de ar é adaptado para injetar ar comprimido da fonte para as áreas do duto propensas a acumular cinza.

Outro aspecto da invenção é um sistema para fluidizar cinza em um duto de um sistema de redução catalítica seletiva. O sistema inclui um duto, um mecanismo para gerar ar comprimido, e um cabeçote de injeção de ar unido com o mecanismo para gerar ar comprimido e unido com o duto via um ou mais furos no duto. 0 cabeçote de injeção de ar inclui um subcabeço- te unido com uma pluralidade de lanças de injeção. Cada uma da pluralidade de lanças de injeção tem um bocal de extremidade. O cabeçote de injeção de ar é adaptado para injetar ar comprimido do mecanismo para gerar ar comprimido gerador às áreas do duto propensas a acumular cinza.

Ainda outro aspecto da invenção é um método para fluidizar cin- za em um duto de Sistema de redução catalítica seletiva. O método inclui as seguintes etapas: prover um sistema de redução catalítica seletiva incluindo um duto; gerar ar comprimido; e injetar o ar comprimido às áreas do duto propensas a acumular cinza via um cabeçote de injeção de ar e um ou mais furos no duto.

Ainda outro aspecto da invenção é um sistema de redução cata- lítica seletiva incluindo um duto, um catalisador posicionado dentro do duto, e um mecanismo para injetar ar comprimido no duto em uma posição a mon- tante do catalisador.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Com a finalidade de ilustrar a invenção, os desenhos mostram uma forma da invenção que é presentemente preferida. Porém, deve ser entendido que a presente invenção não é limitada às disposições precisas mostradas nos desenhos, em que:

a figura 1 é uma vista em corte do sistema de SCR operando em uma carga baixa;

a figura 2 é uma vista em corte do sistema de SCR operando em uma carga plena;

a figura 3A é uma vista em corte do sistema de acordo com uma

modalidade da presente invenção;

a figura 3B é uma vista isométrica de um subcabeçote de acordo com uma modalidade da presente invenção;

a figura 4 é uma vista em corte de um bocal de acordo com uma modalidade da presente invenção;

as figuras 5A-5C são vistas em corte de um bocal de acordo com várias modalidades da presente invenção; e a figura 6 é uma vista em corte de um coletor para uso em uma modalidade da presente invenção. DESCRIÇÃO DETALHADA

Referindo-se agora aos desenhos em que números de referên- cia iguais indicam partes iguais, e em particular, às figuras 3A e 3B, um as- pecto da presente invenção é um sistema 120 para fluidizar cinza para pre- venir a formação de uma pilha 122 de um pó 123 em um duto 124 de um sistema de redução catalítica seletiva (SCR). No sistema 120, é injetado ar comprimido (não mostrado) de um compressor de ar 126 ou uma planta de suprimento de ar (não mostrada) para as áreas de duto 124 propensas a acumulação de pó 123.

O sistema 120 está tipicamente localizado em uma área de um SCR que é propensa à acumulação de pó 123, por exemplo, vide às figuras 1 e 2. Um cabeçote de injeção de ar 128 é unido com o duto 124 via um ou mais furos 130 no duto. O cabeçote de injeção de ar 128 inclui tipicamente uma válvula de controle 131, para controlar o fluxo de ar e isolar partes do sistema 120 para manutenção. O cabeçote de injeção de ar 128 compreen- de tipicamente um subcabeçote 132 unido com uma pluralidade de lanças de injeção 134. Cada lança de injeção 134 compreende geralmente um bo- cal de extremidade 136.

Referindo-se agora às figuras 4 e 5A-5C, o bocal de extremidade 136 pode ter um chapéu de cogumelo 137, uma extremidade angulada 138, uma extremidade perfurada 139, ou uma extremidade aberta 140 para dire- cionar o ar comprimido 141 em uma direção particular. O chapéu de cogu- melo 137 é configurado para direcionar o ar comprimido 141 fluindo para cima através da lança 134 para baixo para uma superfície de duto 124 (vide às setas). A extremidade angulada 138 é configurada para direcionar o ar comprimido 141 fluindo para cima através da lança 134 em uma direção par- ticular, por exemplo, lateralmente (vide às setas). A extremidade perfurada 139 é configurada para direcionar o ar comprimido 141 fluindo para cima através da lança 134 em uma direção particular, por exemplo, lateralmente. A extremidade aberta 140 é configurada para direcionar o ar comprimido 141 fluindo para cima através da lança 134 em uma direção particular, por e- xemplo, de modo ascendente. A extremidade de chapéu de cogumelo 137, a extremidade angulada 138, a extremidade perfurada 139, e a extremidade aberta 140 podem ser configuradas, por exemplo, incluir telas ou aberturas dimensionadas apropriadamente, ajudar a prevenir o pó 123 de entrar na lança 134. É contemplado que cada tipo de bocal de extremidade 136 pode se ajustável ou movível em diversas direções, por exemplo, telescopicamen- te, rotacionalmente, verticalmente, horizontalmente, lateralmente, axialmen- te, etc. A pluralidade de lanças 134 dentro de um único subcabeçote 132 pode incluir qualquer combinação de tipos diferentes de bocais de extremi- dade 136. Alternativamente, como ilustrado na figura 3B, pelo menos uma da pluralidade de lanças 134 não pode incluir um bocal de extremidade 136 e o ar comprimido 141 pode fluir para cima através da lança e através do furo 130 no duto 124. Referindo-se agora à figura 6, em outra modalidade, o subcabe-

çote 132 inclui um coletor similar a caixa 142, que tem um topo 144, parte inferior 146, e lados 148 que formam uma cavidade interior 150. O topo 144 inclui uma superfície de topo 152. A superfície de topo 152 pode incluir um lábio externo 153 que descansa no duto 124 para assegurar um ajuste her- mético a ar entre o subcabeçote 132 e o duto. Uma pluralidade de lanças de injeção 134 se estende de modo ascendente através da superfície de topo 152 e injeta ar comprimido da cavidade interior 150, que é provida por cabe- çote de injeção de ar 128, para as áreas do duto 124 propensas a acumular pó 123. Uma ou mais da pluralidade de lanças de injeção 134 pode ser ajus- tada com um bocal de extremidade 136. Opcionalmente, um cilindro pneu- mático motorizado,ou outro mecanismo 154 é unido com o coletor 142 e é configurado para mover o coletor de um lado para outro lateralmente (veja seta) para facilitar o movimento do pó 123 no duto 124. É também contem- plado que tal mecanismo pode ser usado para mover os coletores nas figu- ras 3A e 3B.

Em uso, o ar do compressor 126 é enviado para um cabeçote de injeção de ar 128. O cabeçote de injeção de ar 128 alimenta subcabeçotes 132 que por sua vez, alimentam o ar nas lanças de injeção 134. As lanças 134 se estendem no duto 124 através de furos 130. O número de lanças 134 pode variar dependendo do tamanho do sistema de SCR. Cada subcabeçote 128 tipicamente alimenta lanças de injeção múltipla 134. Na extremidade de cada lança de injeção 134 tipicamente está um bocal 136. O ar saindo de cada bocal 136 causa ao pó 123 na área do bocal 136 a fluidizar e se tornar- se re-arrastado no gás de cano de chaminé fluindo através do duto 124.

O uso do sistema de ar comprimido para eliminar a deposição de cinza em um sistema de SCR oferece vantagens sobre projetos da técnica anterior em que ele elimina avalanches de pó de cair sobre o catalisador e tampando-o. A presente invenção tem a vantagem de o ar comprimido, ser um meio barato e prontamente disponível. As necessidades de manutenção para compressores de ar são bem conhecidas, fáceis para executar, e bara- tas. Adicionalmente, devido a que o projeto de bocal e disposição de cabe- çote podem ser personalizados para requisitos específicos da planta, os as- pectos da presente invenção podem ser facilmente modificados.

Embora a invenção tenha sido descrita e ilustrada com respeito a modalidades exemplificativas dela, deve ser entendido por aqueles versa- dos na técnica que a precedente e várias outras mudanças, omissões e adi- ções podem ser feitas nela e a ela, sem se afastar do espírito e âmbito da presente invenção. Consequentemente, outras modalidades estão dentro do âmbito das reivindicações seguintes.

Claims (19)

1. Sistema para fluidizar cinza em um duto de sistema de redu- ção catalítica seletiva, compreendendo: sistema de redução catalítica seletiva compreendendo um duto; uma fonte para gerar ar comprimido; e um cabeçote de injeção de ar unido com a dita fonte e unido com o dito duto via um ou mais furos no dito duto, em que o dito cabeçote de injeção de ar é adaptado para injetar ar comprimido da dita fonte para as áreas do dito duto propenso a acumular cinza.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que o dito ca- beçote de injeção de ar compreende ainda mais um subcabeçote unido com uma pluralidade de lanças de injeção, cada uma da dita pluralidade de lan- ças de injeção tendo um bocal de extremidade.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, em que o dito bocal de extremidade compreende uma de: uma configuração de chapéu de co- gumelo, uma configuração de extremidade angulada, uma configuração de extremidade perfurada, ou uma configuração de extremidade aberta.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 2, em que o dito bocal de extremidade é ajustável ou movível.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que o dito ca- beçote de injeção de ar compreende ainda mais um coletor incluindo uma superfície de topo tendo uma pluralidade de lanças de injeção para direcio- nar uma pluralidade de injeções de ar comprimido para as áreas do duto de trabalho propenso a acumular cinza.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 5, compreendendo ainda mais um meio para movimentar o dito coletor lateralmente para facilitar o movimento do pó no dito duto.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 6, em que o dito meio para movimentar compreende um motor ou cilindro pneumático.

8. Sistema para fluidizar cinza em um duto de um sistema de redução catalítica seletiva, compreendendo: um duto; meios para gerar ar comprimido; e um cabeçote de injeção de ar unido com o dito meio para gerar ar comprimido e unido com o dito duto via um ou mais furos no dito duto, incluindo o dito cabeçote de injeção de ar um subcabeçote unido com uma pluralidade de lanças de injeção, tendo cada uma da dita pluralidade de lan- ças de injeção um bocal de extremidade, em que o dito cabeçote de injeção de ar é adaptado para injetar ar comprimido desde o dito meio para gerar ar comprimido para as áreas do dito duto propenso a acumular cinza.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, em que o dito bocal de extremidade compreende uma de: uma configuração de chapéu de co- gumelo, uma configuração de extremidade angulada, uma configuração de extremidade perfurada, ou uma configuração de extremidade aberta.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 8, em que o dito bo- cal de extremidade é ajustável ou movível.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 8, em que o dito ca- beçote de injeção de ar compreende ainda mais um coletor incluindo uma superfície de topo tendo uma pluralidade de lanças de injeção para direcio- nar uma pluralidade de injeções de ar comprimido para as áreas do dito duto propenso a acumular cinza.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, compreendendo ainda mais um meio para movimentar o dito coletor lateralmente para facilitar o movimento do pó no dito duto.

13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, em que o dito meio para movimentar compreende um motor ou cilindro pneumático.

14. Método para fluidizar cinza em um duto de sistema de redu- ção catalítica seletiva, compreendendo: prover um sistema de redução catalítica seletiva incluindo um duto; gerar ar comprimido; e injetar o dito ar comprimido para as áreas do dito duto propensas a acumular cinza, via um cabeçote de injeção de ar e um ou mais furos no dito duto.

15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, compreendendo ainda mais um meio para movimentar o dito coletor lateralmente para facilitar o movimento de pó no dito duto.

16. Sistema de redução catalítica seletiva compreendendo: um duto; um catalisador posicionado dentro do dito duto; e meio para injetar ar comprimido no dito duto em uma posição a montante do dito catalisador.

17. Sistema de redução catalítica seletiva de acordo com a rei- vindicação 16, em que o dito meios para injetar compreende ainda mais: meio para gerar ar comprimido; e um cabeçote de injeção de ar unido com o dito meio para gerar ar comprimido e unido com o dito duto via um ou mais furos no dito duto, incluindo o dito cabeçote de injeção de ar um subcabeçote unido com uma pluralidade de lanças de injeção, tendo cada uma da dita pluralidade de lan- ças de injeção um bocal de extremidade, em que o dito cabeçote de injeção de ar é adaptado para injetar ar comprimido desde o dito meio para gerar ar comprimido para as áreas do dito duto propenso a acumular cinza.

18. Sistema de redução catalítica seletiva de acordo com a rei- vindicação 17, em que o dito bocal de extremidade compreende uma de: configuração de um chapéu de cogumelo, uma configuração de extremidade angulada, uma configuração de extremidade perfurada, ou uma configuração de extremidade aberta.

19. Sistema de redução catalítica seletiva de acordo com a rei- vindicação 17, em que o dito bocal de extremidade é ajustável ou movível.