PT103585B

PT103585B - Sistema de combustão para caldeiras verticais

Info

Publication number: PT103585B
Application number: PT10358506A
Authority: PT
Inventors: Alain Gadeyne; Cesar Ribeiro Tavares
Original assignee: Ventil Engenharia Do Ambiente
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2008-11-03
Also published as: FR2907197A1; PT103585A; ES2337640A1; ES2337640B1

Abstract

O PRESENTE INVENTO DIZ RESPEITO UM SISTEMA DE COMBUSTÃO PARA CALDEIRAS VERTICAIS QUE PERMITE QUEIMAR COMBUSTÍVEL SÓLIDO SECO OU COM VÁRIOS GRAUS DE HUMIDADE DE PREFERÊNCIA COMBUSTÍVEL SÓLIDO PROVENIENTE DA BIOMASSA. E ESSENCIALMENTE CARACTERIZADO POR RECORRER A UM FUNDO MÓVEL ROTATIVO 3, CÓNICO, QUE VAI PERMITIR QUE A COMBUSTÃO DO COMBUSTÍVEL 1 SE PROCESSE EM ESPIRAL AO LONGO DE VÁRIOS NÍVEIS PERFEITAMENTE DEFINIDOS, INDO CADA UM DELES DEFINIR ZONAS DE ACTUAÇÃO 5, 6, 7, 8 E 9 EM QUE O COMBUSTÍVEL É SUBMETIDO A FASES DIFERENTES DA COMBUSTÃO.

Description

SISTEMA DE COMBUSTÃO PARA CALDEIRAS VERTICAIS

Âmbito do invento presente invento diz respeito a um sistema de combustão para caldeiras verticais que vai permitir que a combustão do combustível se processe em espiral, combustível esse que é alimentado por meio de um parafuso sem fim ou, caso se trate de combustível não calibrado, por meio de um impulsor, realizando-se a remoção de cinzas pelo centro, de modo automático. É essencialmente caracterizado por recorrer a um fundo móvel rotativo, ligeiramente cónico.

Técnica anterior

Nao sao conhecidos pelo requerente quaisquer sistemas que, aplicados a queimar combustível seco e emissões exigido por normas eficiência da combustão.

caldeiras verticais, possam húmido com o controle das internacionais e com grande

A problemática ligada à combustão de combustível seco e húmido é particularmente importante na queima de combustível sólido proveniente da biomassa. Como é sabido, a biomassa, principalmente a biomassa florestal, apresenta se com variados graus de humidade, o que dificulta enormemente a sua queima. Por outro lado, uma má queima faz com que os resíduos da queima, nomeadamente os voláteis não obedeçam às normas estabelecidas.

Desde há 20 anos que as caldeiras verticais têm tido um verdadeiro sucesso. No entanto apenas apresentam um funcionamento correcto com combustível seco, por exemplo aparas de madeira.

Levantam-se também outros tipos de problemas quando neste tipo de caldeiras se queimam outros combustíveis relacionados com a limitação de acesso de ar primário ao cadinho, i.e. apenas existe ar primário na periferia do cadinho, o que faz com que o caudal que passa nas tubeiras de ar primário seja muito elevado, pelo que, no caso de se queimar material em pó, irá haver uma enorme quantidade de material que ira ser arrastado pelo ar, portanto de material que não será queimado.

No caso da combustão de combustível húmido existe ainda outro problema. O combustível húmido não tem tempo para secar por ocasião da sua passagem muito curta nas tubagens de ar primário, além disso ele é empurrado para o exterior pelo combustível que entra de novo, o que provoca uma acumulação de combustível na fornalha. Esta acumulação pode atingir até um metro de altura.

Tentativas de resolução deste problema limitam a altura do combustível acumulado através da utilização de células que são colocadas na fornalha. Contudo tal solução não é satisfatória já que, quando o combustível se inflama, deixa de haver ar em quantidade suficiente para a quantidade de combustível, donde uma má combustão, mau C0₂, CO e libertação de fumo negro.

Nas caldeiras horizontais estes problemas são eliminados ou minimizados. No entanto estas caldeiras são de construção substancialmente mais cara.

Por outro lado, a patente finlandesa FI955946 descreve um equipamento ou equipamento suplementar para caldeiras de combustível sólido. 0 equipamento é localizado essencialmente no interior da caldeira onde, ajustado no espaço de combustível, ele pode ser ligado, por exemplo, a caldeiras de combustão no fundo, de tipo convencional. Por meio do equipamento, o princípio de funcionamento da caldeira é modificado para funcionar de acordo com um singular processo de combustão fluidificada, designada por processo de combustão fluidificada em carrocei, indo o processo e as soluções de funcionamento a ele associadas fazer com que seja possível utilizar combustível húmido ou combustível de qualidade imperfeita. 0 equipamento compreende uma cabeça de queimador, ou seja cabeça de queimador em carrocei, sendo as peças e os dispositivos destinados a ser ligados à cabeça de queimador em carrocei os seguintes: um ventilador, uma válvula de distribuição de ar, um parafuso sem fim de remoção de cinzas, um motor de accionamento para o parafuso sem fim de remoção de cinzas, um dispositivo de grelha accionada mecanicamente, uma engrenagem redutora no espaço das cinzas, uma parte de prolongamento que pode ser ligada à cabeça de queimador, um tubo de combustível que pode ser ligado à parte de prolongamento e uma parte estrutural própria para formar uma câmara de combustão. Este tipo de caldeira com o equipamento proposto pela referida patente não resolve contudo todos os problemas anteriormente referidos.

Sumário do invento

Actualmente procura-se uma caldeira de construção económica e capaz de responder a uma combustão cumprindo com as normas europeias.

Sem dúvida que as caldeiras verticais são as caldeiras de construção mais económica. Elas são capazes de cumprir com as normas na condição de queimarem combustível seco. Mas como fazer para queimar combustível húmido? 0 combustível húmido que entra na fornalha não tem tempo de secar porque é abafado pelo novo combustível, o que provoca uma acumulação de combustível na fornalha e uma combustão muito má.

No caso do combustível húmido, e caso se trate de uma caldeira horizontal, os construtores utilizam uma grelha móvel, o que não é possível de instalar numa caldeira vertical.

presente invento tem como objectivo fundamental a concepção de uma caldeira vertical que, cumprindo as normas estabelecidas, consegue queimar tanto combustível seco como combustível húmido.

Basicamente, o sistema de combustão objecto do invento recorre a uma combustão em espiral. Para isso, o sistema é constituído por um fundo rotativo ligeiramente cónico. Trata-se de um fundo equipado com grelha em ferro fundido ou de betão com tubagens.

Breve descrição dos desenhos

A descrição que se segue baseia-se nos desenhos anexos que sem qualquer carácter limitativo representam:

Na figura 1 uma vista esquemática do fundo rotativo e do sem fim de alimentação;

Na	figura 2	uma vista	esquemática e	em corte da
caldeira	vertical	equipada	com	o novo sistema	de combustão;
Nas	figuras	3 e 4	em	corte de uma	caldeira de

combustão vertical respectivamente em alçado principal e lateral.

Descrição detalhada do invento

Conforme se pode observar nas figuras anexas, a combustão do combustível processa-se em espiral. 0 combustível 1 é alimentado por meio de um parafuso sem fim 2 ou, caso se trate de combustível não calibrado, por meio de um impulsor (não representado), realizando-se a remoção de cinzas pelo centro, de modo automático. É essencialmente caracterizado por recorrer a um fundo móvel rotativo 3, ligeiramente cónico. A rotação constante do fundo móvel 3, aliada ao facto de ter uma configuração cónica, com um ângulo de cerca de 15°, vai permitir estabelecer ao longo da sua superfície vários níveis perfeitamente definidos. 0 combustível 1, que entra na fornalha 4 alimentado pelo sem fim 2, vai percorrer cada um desses níveis e definir zonas de actuação distintas tendo em vista o processo a que em cada uma delas é submetido.

Ao longo da superfície do fundo móvel 3 são então estabelecidas zonas bem definidas. Assim, o combustível introduzido pelo sem fim 2 percorre, na primeira volta que realiza no fundo móvel 3, uma zona de pré-secagem 5. 0 combustível, eventualmente húmido, em contacto com o betão ou grelha do fundo móvel que é a zona mais quente da fornalha 4, seca rapidamente.

Após uma volta completa no fundo móvel 3 dentro da fornalha 4 e ao passar defronte da alimentação, este combustível é empurrado mais para o centro para um nível superior pelo combustível 1 que entra de novo, e executa uma nova volta na fornalha. Percorre aqui uma volta na chamada zona de pré-combustão 6.

Novamente, ao passar defronte da alimentação, o combustível 1 é empurrado para o interior, para o nível imediatamente superior e executa uma nova volta, percorrendo a chamada zona de combustão 7.

Ao passar novamente defronte da alimentação do sem fim, o combustível da zona de combustão passa, por ser empurrado pelo combustível do nível inferior, ao nível superior mais perto do centro, entrando numa zona de arrefecimento 8.

Por último, o produto da combustão, i.e. as cinzas, é empurrado para um furo central 9, onde é evacuado para o exterior por intermédio de um parafuso sem fim 10. A remoção das cinzas processa-se pois de maneira automática.

	Como	é	evidente,	quanto mais o combustível	se
aproxima	do	centro, mais	pequenas	se vão tornando	as
voltas, o	que	não	constitui	qualquer	problema, uma vez	que

o combustível se vai queimando e diminuindo de volume.

A evacuação das cinzas faz-se pelo meio (furo central 9), caindo num parafuso sem fim 10 que as envia para o exterior, o qual, como veremos seguidamente também recupera as poeiras do depurador.

O parafuso sem fim 2 de alimentação é montado com uma inclinação de 15°, da mesma maneira que o fundo rotativo 3. Esta inclinação do parafuso sem fim 2 é necessária para evitar os retornos de chama da fornalha 4.

Por sua vez, o fundo rotativo 3 encontra-se assente em rolos 11, sendo a transmissão de movimento ao referido fundo 3 garantida por meio de corrente e motoredutor no exterior da caldeira.

fundo rotativo móvel 3, geralmente de betão, é dotado de grelhas por onde passa o ar primário para a combustão.

Para que a combustão se processe com alto rendimento, é necessário que o ar primário que é introduzido pelas grelhas 12 seja o mais quente possível. Para isso, é normal proceder-se à recuperação do ar do depurador de poeiras e enviá-lo para a fornalha 4.

Nas figuras 3 e 4 encontra-se representada uma caldeira vertical equipada com o sistema de combustão objecto do invento. Conforme se pode observar, a caldeira genericamente representada com o número 20 é essencialmente constituída pela fornalha 4 equipada com um fundo móvel 3, por um depurador 21 e por uma chaminé (não representada) . Conforme já referido, o ar, que é recuperado quente do depurador 21, é introduzido novamente na fornalha 4. A alimentação do combustível 1 é feita pelo sem fim 2. Conforme também já referido, um sem fim 10 retira quer as cinzas que caem pelo furo central 9, quer as poeiras do depurador 21.

Lisboa, 29 de Setembro de 2008

Claims

1. Sistema de combustão para caldeiras verticais do tipo que utiliza um fundo móvel rotativo que vai permitir que o processo de combustão se desenvolva em espiral e em que o combustível é alimentado por meio de um sem-fim, caracterizado por o referido fundo móvel rotativo ser cónico com uma conicidade de 15° permitir que a combustão do combustível 1 se processe em espiral ao longo de vários níveis perfeitamente definidos, indo cada um deles definir zonas de actuação 5, 6, 7, 8 e 9 em que o combustível é submetido a fases diferentes da combustão.

2. Sistema de combustão para caldeiras verticais, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por a alimentação do combustível 1 se processar através de um impulsor, caso se trate de combustível não calibrado.

3. Sistema de combustão para caldeiras verticais, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a rotação constante do fundo móvel 3, aliada ao facto deste ter com configuração cónica, com um ângulo de 15°, permitir estabelecer ao longo da sua superfície vários níveis perfeitamente definidos, níveis a que o combustível, durante o processo de combustão, é sucessivamente submetido ao ser empurrado pelo combustível 1 do nível imediatamente inferior sempre que durante a rotação passe em frente da boca de alimentação do parafuso sem fim 2.

4. Sistema de combustão para caldeiras verticais, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o fundo móvel 3 estar equipado com uma grelha 12 em ferro fundido ou de betão dotado de tubagens para passagem de ar primário.

5. Sistema de combustão para caldeiras verticais, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a rotação em espiral do combustível 1 ao longo do fundo rotativo cónico 3, no sentido de fora para dentro, garantir sucessivamente a formação de zona de présecagem 5, de pré-combustão 6, de combustão 7, de arrefecimento 8 e de remoção de cinzas 9.

6. Sistema de combustão para caldeiras verticais, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por na zona de remoção de cinzas o combustível 1 já queimado e na forma de cinzas ser empurrado para um furo central 9, onde as cinzas são evacuadas para o exterior por intermédio de um parafuso sem fim 10.

7. Sistema de combustão para caldeiras verticais, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por o combustível 1, no caso de se encontrar húmido, ao entrar na fornalha directamente em contacto com o betão do fundo rotativo, que é a zona mais quente da fornalha, secar à medida que avance ao longo da zona de pré-secagem.

8. Sistema de combustão para caldeiras verticais, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por quanto mais o combustível se aproxima do centro mais pequenas se vão tornando as voltas, sendo essa diminuição compensada pelo facto do combustível se ir queimando e diminuindo de volume.

9. Sistema de combustão para caldeiras verticais, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o parafuso sem fim de remoção das cinzas poder também recuperar as poeiras de um depurador da caldeira.

10. Sistema de combustão para caldeiras verticais, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por ser especialmente adaptado para a combustão de combustível ser seco ou húmido, de preferência de biomassa.

11. Sistema de combustão para caldeiras verticais, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o parafuso sem fim de alimentação apresentar uma inclinação a 15°, de modo a evitar os retornos de chama.

12. Sistema de combustão para caldeiras verticais, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por quanto mais quente for o ar primário a introduzir na fornalha mais rápida e eficaz será a secagem do combustível, sendo o ar primário de preferência recuperado do depurador de poeiras da caldeira.

13. Sistema de combustão para caldeiras verticais, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o fundo rotativo ser assente em rolos e a transmissão de movimento ao referido fundo se processar por meio de corrente e moto-redutor no exterior da caldeira.

Lisboa, 29 de Setembro de 2008