PT1091175E - Processo e dispositivo para a determinação bem como para a regulação do excesso de ar num processo de combustão - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A DETERMINAÇÃO BEM COMO PARA A REGULAÇÃO DO EXCESSO DE AR NUM PROCESSO DE COMBUSTÃO"

Processo e dispositivo para a determinação bem como para a regulação do excesso de ar num processo de combustão. A invenção refere-se a um processo para a determinação do ar em excesso num processo de combustão. A invenção refere-se ainda a um dispositivo respectivo para a determinação do excesso de ar. É conhecida, da PE 0 612 961 A2, a verificação das taxas de formação dos produtos de reacção produzidos durante um processo de combustão, especialmente as moléculas e os radicais de CO, C2, CH, CN, OH e NH, por meio de espectroscopia de emissão, a partir da própria irradiação das chamas da combustão e o seu emprego para o controlo ou regulação do processo de combustão. Para isso é examinado, por meio de um espectrómetro de emissão, o espectro de irradiação das chamas de combustão, em que são detectadas as bandas de irradiação das moléculas e radicais seleccionados. A banda de irradiação é sobreposta a uma irradiação de temperatura, a qual é verificada quanto à pirometria do conteúdo numa ou em várias bandas de zonas de comprimentos de onda livres e que são tomadas em consideração na verificação das taxas de formação.

As taxas de formação dos produtos de reacção seleccionados verificadas apenas são condicionalmente adequados para o controlo ou a regulação do processo de combustão, uma vez 2 que são influenciadas, entre outras coisas, pelo volume e a posição da secção observada das chamas da combustão, bem como pela frequência da reacção provocada pela massa do combustível introduzido.

Uma medida essencial para uma boa combustão é o excesso de ar. Este indica o teor de ar/combustível, o qual é um, quando é introduzido tanto ar ou oxigénio, quanto o necessário para o processo de combustão. Um excesso de ar inferior a um, portanto uma entrada de ar demasiadamente pequena, leva a uma combustão incompleta, enquanto que um excesso de ar superior a um, ou seja demasiado ar insuflado, leva, entre outras coisas, a uma concentração do processo de combustão na boca do queimador, o que tem como resultado temperaturas elevadas de combustão. Além disso a insuflação e o aquecimento de maiores quantidades de ar está ligada a correspondentes perdas de energia.

Até agora o excesso de ar apenas podia ser determinado por meio da medição das quantidades de combustível e de ar introduzidas no processo de combustão, em que uma medição exacta da quantidade de combustível, especialmente no caso do carvão, é muito cara e imprecisa. Uma decomposição local do excesso de ar no interior da chama de combustão e muitas vezes também uma divisão do volume do combustível por diversos queimadores apenas são possíveis através de uma observação teórica e não por meio de medições. Consequentemente, uma regulação do processo de combustão apenas era, até agora, possível na dependência específica do combustível e além disso era lenta. A invenção tem por isso como objecto fundamental permitir uma determinação o mais rápida, simples e localizada 3 possível do excesso de ar num processo de combustão e além disso regular o processo de combustão.

De acordo com a invenção o objecto é atingido por meio de um processo de acordo com a Reivindicação 1 e por meio do dispositivo de acordo com a Reivindicação 5.

Formas de realização vantajosas do processo e dispositivo de acordo com a invenção encontram-se descritas nas Reivindicações subordinadas 2, 3 e 4 ou 6, 7 e 8. A invenção baseia-se no conhecimento de que a entrada de pouco ar leva, devido a uma queima incompleta, a uma produção mais elevada de CO, enquanto que uma entrada excessiva, devido à formação da temperatura da combustão, leva a um formação do CN. Logo que se dá uma nítida entrada em excesso de ar, o ar insuflado em excesso pode trazer consigo um arrefecimento e devido a isso reduzir ainda mais a criação de CN. A relação das taxas de formação de CN e CO constitui portanto, juntamente com a quantidade do excesso de ar, quando portanto uma grande parte do ar contribui para a combustão, uma medida adequada para se determinar e com isso regular o processo de combustão, especialmente o ar introduzido e/ou a sua distribuição. Através da relação das taxas de formação de CN e CO são influenciados, além dos acima referidos e da determinação das taxas de formação, valores influentes, como por exemplo a quantidade e a posição das secções de observação das chamas de combustão, são eliminados, porque influenciam simultaneamente as taxas de formação de CN e CO. A verificação das taxas de formação de CN e CO pode ser executada por meio de espectroscopia de emissão, de uma 4 maneira que é em si conhecida. De preferência são determinadas pelo menos quatro zonas diferentes de comprimentos de onda do espectro de irradiação das chamas de combustão por meio de pelo menos quatro câmaras, em que em duas zonas de comprimento de onda são determinadas as intensidades da irradiação com a formação de CN e CO e dessas intensidades de irradiação determinadas são subtraídas as intensidades de irradiação verificadas nas outras duas regiões de comprimento de onda, de acordo com a relação pirométrica determinada pela irradiação da temperatura. Uma vez que cada uma das câmaras apenas abrange uma estreita banda da zona de onda do espectro de irradiação das chamas de combustão, pode, na prática, diferentemente dos espectrómetros, que apresentam uma elevada frequência mas uma pequena resolução local, ser localmente resolvido com maior distinção e rapidamente determinado o excesso de ar e com isso, ser usado como valor de regulação para a regulação do excesso de ar no processo de combustão.

Para um esclarecimento mais alargado da invenção faz-se seguidamente referência às Figuras do desenho; que isoladamente mostram A Figura 1 um exemplo do dispositivo de acordo com a invenção, para a determinação e seguidamente, para a regulação do excesso de ar, num processo de combustão, A Figura 2 um exemplo de um espectro de irradiação de uma chama de combustão, num ponto de observação, 5 A Figura 3 a título de exemplo a dependência da formação de CN e CO, bem como a sua relação, relativamente ao excesso de ar num processo de combustão e A Figura 4 um outro exemplo para o dispositivo de acordo com a invenção, destinado à determinação do excesso de ar num processo de combustão.

Num compartimento de queima ou de combustão 1 de uma instalação de produção de vapor, não representada, por exemplo uma instalação de produção de vapor de uma instalação motriz alimentada a combustíveis fósseis ou uma instalação de incineração de resíduos, verifica-se um processo de combustão. Sensores ópticos 2 e 3, sob a forma de câmaras especiais colocadas em pontos ou secções de observação seleccionados, avaliam o espectro de irradiação das chamas da combustão 4. As informações assim adquiridas 5 são enviadas para um dispositivo 6 de tratamento de dados, que a partir dos espectros de irradiação obtidos, por exemplo por meio de reconstrução tomográfica computorizada, calcula uma divisão espacial das temperaturas e um perfil tridimensional localizado das taxas de formação K dos produtos de reacção resultantes do processo de queima. Desse modo são verificadas a temperatura, por meio da pirometria das relações e as taxas de formação por meio de espectroscopia de emissão. As taxas de formação K verificadas são enviadas, juntamente com outros valores de controlo e de regulação 8, para um dispositivo de controlo e regulação 9, pelo qual é controlada ou regulada a entrada e a distribuição do combustível 10, a entrada e distribuição do ar 11, bem como 6 a entrada e distribuição de materiais, que contribuem e auxiliam ao processo de combustão.

As taxas de formação K(CN) e K(CO), dos radicais CN e das moléculas CO , que são relevantes para a invenção, são, depois da sua verificação no dispositivo 6, enviadas para um dispositivo 13, o qual constrói a relação K(CN)/K(CO) desses dois produtos de reacção e a fornece como valor de requlação a um regulador 14 da entrada e distribuição do ar. A Figura 2 mostra um exemplo do espectro de irradiação de uma chama de combustão 4 num ponto de observação, em que a intensidade da irradiação I é transportada através do comprimento de onda λ. A intensidade da irradiação I situa-se essencialmente no conjunto da irradiação da temperatura TS (Irradiação de Planck) e das bandas de irradiação BS (luminescência química) verificada com as transições dos diversos radicais. As pontas de intensidade características dos respectivos produtos de reacção, por exemplo do CH, estão aqui indicadas, sendo de interesse no quadro da invenção as bandas de irradiação resultantes entre cerca de 420nm na formação de CN e cerca de 450nm na formação de CO. A parte da temperatura TS da intensidade de irradiação I medida para esses produtos de reacção pode ser calculada e subtraída com temperaturas conhecidas. Para isso a irradiação de temperatura TS é determinada a partir da relação pirométrica com base no comprimento de onda λ, no qual não penetram quaisquer transições de radicais; a correspondente zona de comprimentos de onda sem bandas situa-se, em regra, na zona dos vermelhos ou infravermelhos. 7 A Figura 3 mostra, a título de exemplo, a dependência da formação de CN e da formação de CO em relação ao excesso de ar L no processo de combustão. Um excesso de ar L inferior a um conduz a uma combustão incompleta, o que está ligado a uma formação aumentada de CO. A introdução de demasiado ar leva, pelo contrário, a uma concentração do processo de combustão na boca do queimador, o que tem como resultado temperaturas de combustão mais elevadas e por isso uma formação mais elevada de CN. Se for introduzida uma grande quantidade de excesso de ar, isso pode ainda contribuir para o arrefecimento e devido a esse facto reduzir a formação de CN. Conforme mostra a Figura 3, a relação K(CN)/K(CO) das taxas de formação verificadas de CN e CO na região de regulação R à volta de um excesso de ar L = 1 constituem uma medida adequada para a determinação do excesso de ar local L e com isso para regular especialmente a entrada e a distribuição ar 11 no processo de combustão.

No exemplo de forma de realização apresentado na Figura 4, o dispositivo de acordo com a invenção é constituído por quatro câmaras CCD 15, 16, 17 e 18 situadas no mesmo ponto ou secção de observação da chama de combustão 4 no compartimento de queima ou combustão 1, as quais, devido à colocação de filtros de banda estreita 19, 20, 21 e 22 instalados diante delas, captam as intensidades de irradiação I em quatro diferentes zonas de comprimento de onda do espectro de irradiação da chama de combustão 4. A partir de duas das intensidades de irradiação I captadas, que de preferência se situam em zonas de comprimento de onda sem bandas, é verificado no dispositivo 6 instalado a seguir às câmaras CCD 15, 16, 17 e 18, de acordo com a relação pirométrica, a irradiação da temperatura TS. Ambas as outras intensidades de irradiação são usadas para a δ determinação das irradiações de banda BS verificadas na formação de CN e CO , na zona dos comprimentos de onda situadas cerca dos 420nm ou 450nm. Para isso é subtraída das intensidades de irradiação I verificadas para CN e CO, a parte da irradiação de temperatura TS, de maneira que são obtidas cada uma das bandas de irradiação BS e com elas as taxas de formação K(CN) e K(CO), a partir das quais é constituída no dispositivo 13 a relação K(CN)/K(CO) que representa o excesso de ar L.

Lisboa, 17 de Janeiro de 2007

Claims (8)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a determinação do excesso de ar (L) num processo de combustão, bem como das taxas de formação K(CN) e K(CO) verificadas nos produtos de reacção CN e CO formados pelo processo de combustão, caracterizado pelo facto de a relação K(CN)/K(CO) das taxas de formação verificadas ser constituída por um valor representativo do excesso de ar (L).

2. Processo de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo facto de através do valor, que representa a relação K(CN)/K(CO) das taxas de formação verificadas, ser constituído um valor de regulação destinado à regulação (14).

3. Processo de acordo com uma das Reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de as taxas de formação K(CN) e K(CO) serem verificadas por meio de espectroscopia de emissão a partir da irradiação própria das chamas da combustão (4).

4. Processo de acordo com uma das Reivindicações 1-2, caracterizado pelo facto de as taxas de formação K(CN) e K(CO) serem verificadas a partir das intensidades de irradiação (I) em pelo menos quatro zonas de comprimento de onda do espectro de irradiação das chamas da combustão (4), onde em duas zonas de comprimento de onda são verificadas as intensidades de irradiação (I) na formação de CN e CO e dessas intensidades de irradiação (I) verificadas serem subtraídas as intensidades de irradiação (I) verificadas nas outras duas zonas de comprimento de 2 onda, de acordo com a relação de pirometria determinada pela irradiação da temperatura (TS).

5. Dispositivo para a determinação do excesso de ar(L) num processo de combustão com um dispositivo (2, 3, 6) para a verificação das taxas de formação K(CN) e K(CO) dos produtos de reacção CN e CO formados na combustão, caracterizado pelo facto de estar previsto um dispositivo (13)colocado a seguir, para a construção da relação K(CN)/K(CO) das taxas de formação verificadas como um valor representativo de um excesso de ar (L) .

6. Dispositivo de acordo com a Reivindicação 5, caracterizado pelo facto de o dispositivo (13) colocado a seguir, se encontrar ligado a um regulador (14) .

7. Dispositivo de acordo com as Reivindicações 5-6, caracterizado pelo facto de o dispositivo (2, 3, 6) para a verificação das taxas de formação K(CN) e K(CO) compreender um espectrómetro de emissão.

8. Dispositivo de acordo com as Reivindicações 5-6, caracterizado pelo facto de o dispositivo (15, 16, 17, 18, 6) para a verificação das taxas de formação K(CN) e K(CO) apresentar pelo menos quatro câmaras (15, 16, 17 e 18), que captam as intensidades de irradiação (I) em pelo menos quatro zonas de comprimento de onda diferentes do espectro de irradiação das chamas da combustão (4) e por a seguir às câmaras (15, 16, 17 e 18) se encontrar colocado um dispositivo (6), o qual verifica as intensidades de irradiação (I) em duas das 3 zonas dos comprimentos de onda na formação de CN e CO e dessas intensidades de irradiação (I) verificadas, subtrai as intensidades de irradiação (I) verificadas nas outras duas zonas de comprimentos de onda de acordo com a relação de pirometria determinada pela irradiação da temperatura (TS). Lisboa, 17 de Janeiro de 2007