PT1408153E

PT1408153E - Sistema para alimentação de ar de combustão numa caldeira de recuperação de soda.

Info

Publication number: PT1408153E
Application number: PT03103722T
Authority: PT
Inventors: Tuomo Ruohola; Jussi Maentyniemi
Original assignee: Metso Power Oy
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2003-10-08
Publication date: 2007-09-11
Also published as: US6932000B2; EP1408153A1; DE60315231T2; EP1408153B1; ATE368767T1; FI20021810A0; ES2289237T3; CA2442011C; DE60315231D1; US20040221779A1; FI120550B; FI20021810A; CA2442011A1

Description

DESCRIÇÃO "SISTEMA PARA ALIMENTAÇÃO DE AR DE COMBUSTÃO NUMA CALDEIRA DE RECUPERAÇÃO DE SODA" A invenção refere-se a um método para alimentação de ar de combustão numa caldeira de recuperação de soda de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 em anexo. A invenção refere-se também a um sistema para alimentação de ar de combustão a uma caldeira de recuperação de soda de acordo com o preâmbulo da reivindicação 3 em anexo, assim como a uma caldeira de recuperação de soda utilizando o sistema para alimentação de ar de combustão de acordo com o preâmbulo da reivindicação 10 em anexo. 0 licor residual ou o assim designado licor negro é gerado, particularmente, nalguns processos de produção da indústria do papel, tal como no fabrico de pasta de papel. O licor negro é queimado em caldeiras de recuperação feitas para o processamento do licor negro, i. e. as designadas caldeiras de recuperação de soda, em que a energia, gases de combustão e produtos químicos utilizados durante a produção de pasta de papel são libertados do licor negro. A alimentação do ar de combustão afecta, particularmente, a forma de utilização do equipamento e o que liberta. É conhecida a alimentação do ar de combustão a diferentes níveis de alimentação de ar à caldeira de recuperação de soda, í. e. os assim designados níveis primário, secundário, terciário 1 e quaternário, em que é possível controlar a combustão em diferentes partes da caldeira e, deste modo, conseguir uma combustão tão completa quanto possível. Na alimentação do ar de combustão, tornou-se problemático que o ar de combustão não esteja, tipicamente, uniformemente dividido no nível global de ar de alimentação, mas que se desenvolvam várias turbulências na caldeira que evitam a combustão adequada do licor negro.

Para eliminar o problema, foram desenvolvidos vários sistemas para a alimentação do ar de combustão. A patente US 5305698 descreve uma disposição, em que o ar de combustão é introduzido no forno da caldeira a partir de lados opostos de modo a que os jactos de ar emitidos dos lados opostos do forno se misturem. Um problema em tal disposição é o de que os jactos de ar ou colidem na parede oposta do forno ou os jactos de ar ficam curtos. No impacto entre o jacto de ar e a parede, desenvolve-se uma área de turbulência que é prejudicial para o processo de combustão. Se os jactos de ar ficarem curtos, o ar de combustão não é misturado da maneira desejada com a substância a ser queimada. A patente US 5305698 descreve também uma disposição em que o ar de combustão é introduzido a partir de lados opostos do forno da caldeira de tal modo que jactos de ar curtos e longos são introduzidos alternadamente a partir dos lados do forno, e os jactos de ar emitidos dos lados opostos do forno de tal modo que um jacto curto de ar encontra um jacto longo de ar que vem do lado oposto (por outras palavras, ocorre assim a designada mistura parcial dos jactos de ar). Tipicamente, em tal disposição, os jactos de ar batem uns nos outros e desenvolve-se a chamada ascensão das gotículas na área de impacto onde as gotículas de licor negro são arrastadas com um forte fluxo 2 ascendente de gases de combustão, transportado as referidas gotículas para a parte superior do forno. Neste caso, o processo de combustão na caldeira é deformado dado que a combustão é efectuada no "local errado" em que, por exemplo, a eficiência da caldeira é modificada e as libertações aumentam. A patente US 5022331, por seu turno, descreve um método e equipamento para introduzir ar de combustão sob a forma de jactos de ar num forno de uma caldeira de recuperação de soda. O ar de combustão é introduzido através de aberturas para a entrada de ar dispostas substancialmente ao mesmo nivel. As aberturas para a entrada de ar nas paredes do forno são dimensionadas com diferentes dimensões de modo a que os seus diâmetros aumentem desde os cantos do forno até aos centros das paredes do forno. É um objectivo principal da presente invenção divulgar uma disposição para alimentar ar de combustão, com a qual o ar de combustão pode ser alimentado ao forno substancialmente de forma uniforme em todo o nivel de alimentação do ar.

Para se atingir este fim, o método de acordo com a invenção é principalmente caracterizado por, o que será apresentado na parte caracterizante da reivindicação 1 independente. O sistema para alimentação de ar de combustão de acordo com a invenção é principalmente caracterizado por, o que será apresentado na parte caracterizante da reivindicação 3 independente. A caldeira de recuperação de soda utilizando o sistema para alimentação de ar de combustão será por sua vez, primeiramente caracterizada por o que será apresentado na parte caracterizante da reivindicação 10 independente. 3

As outras reivindicações dependentes apresentarão algumas formas de realização da invenção. 0 objectivo da invenção é o de alimentar o ar de combustão ao forno da caldeira substancialmente uniformemente em todo o nivel de alimentação de ar. 0 ar de combustão é alimentado ao forno a partir de lados opostos do forno de tal modo que ambos os jactos de ar, curtos e longos, sejam alimentados a partir de ambos os lados do forno. Os jactos de ar longos prolongam-se próximo do lado oposto do forno e os jactos de ar curtos prolongam-se, de um modo preferido, até menos do que meio caminho da distância entre os lados opostos do forno. De acordo com a invenção, os jactos de ar longos prolongam-se até ao lado oposto, entre dois jactos curtos de ar emitidos a partir do referido lado oposto.

As paredes opostas do forno da caldeira são equipadas com bocais para alimentação do ar de combustão. Existem dois tipos principais de bocais: bocais principais, que são utilizados para produzir um jacto de ar que se prolonga pelo forno (i. e. os chamados jactos de ar primários) e bocais auxiliares, cujos jactos de ar têm um alcance substancialmente curto (i. e. os designados jactos de ar auxiliares) . Os bocais são colocados na parede da caldeira de tal modo que os bocais auxiliares sejam colocados em ambos os lados do bocal principal, e dois bocais auxiliares são colocados entre os dois bocais principais. 0 bocal principal e o bocal auxiliar podem ser formados de vários bocais, desde que estes produzam um jacto que corresponda substancialmente a um jacto emitido por um único bocal.

Os bocais principais e os bocais auxiliares que vão ser colocados na mesma parede do forno da caldeira podem estar 4 localizados à mesma altura ou a diferentes alturas na direcção vertical. Contudo, tendo em vista os jactos de ar, é vantajoso colocar os bocais substancialmente à mesma altura, de modo a que os bocais auxiliares fiquem ligeiramente acima dos bocais principais.

Os bocais a serem colocados em paredes opostas podem ser colocados quer à mesma altura quer a diferentes alturas na direcção vertical de modo a que os bocais sejam direccionados substancialmente para os bocais da parede oposta no forno. Ao colocar os bocais das paredes opostas a alturas ligeiramente diferentes, o nivel de alimentação de ar torna-se obliquo, o que tem, nalgumas utilizações, um efeito vantajoso nos fluxos de ar e de gás no forno. 0 fornecimento de ar de combustão de acordo com a invenção proporciona uma "frente de fluxo" uniforme que cobre substancialmente o nivel global de alimentação de ar e em que os jactos de ar são, de um modo preferido, virados para cima o que, por seu lado, tem um efeito vantajoso na mistura do gás de combustão com o ar. 0 fornecimento de ar de combustão de acordo com a invenção pode ser utilizado a diferentes níveis para alimentar ar de combustão à caldeira, tal como, por exemplo, os níveis, primário, secundário, terciário e quaternário. A seguir, a invenção será descrita com mais detalhe com referência aos desenhos em anexo, nos quais 5 a Fig. 1 mostra uma secção vertical de uma caldeira de recuperação de soda a Fig. 2 mostra uma secção horizontal do sistema para alimentação do ar de combustão de acordo com uma forma de realização da invenção, a Fig. 3 mostra uma secção horizontal de um sistema para alimentação do ar de combustão de acordo com outra forma de realização da invenção, a Fig. 4 mostra uma secção vertical do sistema para alimentação do ar de combustão de acordo com outra forma de realização da invenção, e a Fig 5 mostra uma secção horizontal do sistema para alimentação do ar de combustão de acordo com uma terceira forma de realização da invenção. A Figura 1 mostra a estrutura tipica de uma caldeira de recuperação de soda. A caldeira de recuperação de soda é uma construção do tipo torre cujo forno 7 é tipicamente rectangular ou quadrado na secção horizontal. A caldeira compreende meios TP que são adequados para alimentar combustível, tais como bocais adequados para o licor negro, através das quais a substância a ser queimada é alimentada ao forno 7. 0 ar de combustão necessário para a combustão é alimentado ao forno 7 com diferentes níveis funcionais de alimentação de ar, tais como os níveis Tl primário, T2 secundário, T3 terciário e T4 quaternário, mostrados na figura. 0 nível funcional de alimentação de ar T1-T4 compreende tipicamente 1 a 3 subníveis. 6 0 sistema 1 para alimentação de ar de combustão de acordo com a invenção pode ser colocado com qualquer nivel funcional de alimentação de ar T1-T4 ou com qualquer subnivel do nivel funcional de alimentação de ar. A discussão seguinte da invenção lidará com um nivel ou subnivel de alimentação de ar e um sistema 1 de alimentação de ar colocado no mesmo. Uma das formas de realização mais simples do sistema 1 de alimentação de ar de combustão de acordo com a invenção é mostrada na Fig. 2. Outra forma de realização do sistema 1 de alimentação de acordo com a invenção é mostrada na Fig. 3, vista de cima, e a mesma forma de realização é mostrada numa vista lateral na Fig. 4.

As paredes 2 opostas do forno 7 são equipadas com bocais 3, 4 para a alimentação de ar de combustão. Existem dois diferentes tipos principais de bocais: bocais 3 primários, que são utilizados para produzir um jacto 5 de ar que se prolonga bastante no forno 7 (i. e. os designados jactos de ar primários) e bocais 4 auxiliares, cujos jactos 6 de ar possuem um pequeno alcance (i. e. os designados jactos de ar auxiliares). Os bocais 3, 4 são colocados nas paredes 2, tal como mostrado na Fig. 3, em que existem bocais 4 auxiliares em ambos os lados do bocal 3 primário e dois bocais auxiliares entre os dois bocais primários. É também possível formar o bocal 3 primário e o bocal 4 auxiliar com vários bocais separados, desde que o jacto 5, 6 produzido por estas corresponda substancialmente a um jacto emitido por um único bocal. Na descrição seguinte da invenção, os bocais 3 primário e 4 auxiliar será discutido como se estes fossem bocais únicos, mas no espírito da invenção, os referidos bocais podem também consistir de vários bocais. É vantajoso colocar bocais nas paredes 2 opostas no forno 7, de tal modo que o número de bocais 3 primários difira de um 7 entre as paredes. Por exemplo, quando existem dois bocais 3 primários na primeira parede 2, é vantajoso utilizar um ou três bocais primários na parede oposta. Demonstrou-se que a referida disposição tinha um efeito desvantajoso na mistura de ar com gás de combustão no forno 7. Naturalmente, será óbvio que o número de bocais 3 primários e o número de jactos 5 de ar primários produzidos por estes podem variar livremente dentro da ideia básica da invenção e, naturalmente, é possível proporcionar o fornecimento de ar de tal modo que não existam bocais primários numa das paredes.

Os bocais 3, 4 colocados em paredes 2 opostas estão localizados horizontalmente de modo a que o jacto 5 do bocal 3 primário esteja substancialmente colocado entre os jactos 6 dos dois bocais 4 auxiliares na parede oposta, tal como mostrado na Fig. 3. Os bocais 4 auxiliares das paredes 2 opostas podem ser colocados tal como mostrado na Fig. 3 de modo a que os jactos 6 dos bocais auxiliares estejam alinhados. É também possível colocar os bocais 4 auxiliares, tal como mostrado na Fig. 5, em que os jactos 6 dos bocais auxiliares estão em linhas diferentes. A disposição da Fig. 5 é vantajosa quando o número de bocais 3 primários é relativamente pequeno.

Os bocais 3 primários e os bocais 4 auxiliares colocados na mesma parede 2 podem estar no mesmo plano, ou em planos diferentes, na direcção vertical; contudo, é vantajoso colocar os bocais, tal como mostrado na Fig. 4, substancialmente no mesmo plano de modo a que os bocais auxiliares estejam ligeiramente acima dos bocais primários.

Os bocais 3, 4 colocados em paredes 2 opostas podem ser posicionados quer no mesmo nível quer a níveis diferentes na direcção vertical de modo a que os bocais estejam substancialmente dirigidos para os bocais da parede oposta. Ao colocar os bocais 3, 4 das paredes 2 opostas a níveis ligeiramente diferentes, o nível de sopragem pode ser tornado oblíquo, o que tem alguns efeitos vantajosos em algumas utilizações. A seguir, vai ser descrito o princípio de operação do sistema 1 acima apresentado para alimentação do ar de combustão. 0 jacto 5 primário fornecido a partir do bocal 3 primário é substancialmente mais forte do que os jactos 6 auxiliares fornecidos pelos bocais 4 auxiliares. 0 jacto 5 primário penetra no gás de combustão que flui verticalmente no forno 7 da caldeira, para a parede 2 oposta. Próximo da parede 2 oposta, o jacto 5 primário está posicionado entre dois jactos 6 auxiliares fornecidos a partir da parede oposta. A força do jacto 5 primário é, de um modo preferido, de modo a que o jacto não se prolongue para a parede 2 oposta, para evitar turbulências provocadas pela colisão do jacto na parede. De um modo preferido, o comprimento do jacto 5 primário é de cerca de ¾ da distância entre as paredes 2 opostas. A força dos jactos 6 auxiliares, que atinge os lados do jacto 5 primário oposto é, por seu turno, de um modo preferido, tal que os jactos não se prolonguem para a área de influência dos jactos auxiliares opostos, em que a designada ascensão da gotícula não se desenvolva no forno 7. De um modo preferido, o comprimento dos jactos 6 primários é menor do que metade da distância entre as paredes 2 opostas.

Quando os lados do jacto 5 primário e o jacto 6 auxiliar oposto se encontram, é formada uma área de turbulência na 9 referida área. Este fenómeno tornará a mistura do ar e do gás de combustão mais eficiente assim como suprimirá os jactos 5, 6 de ar numa maneira desejada, evitando os indesejados impactos acima mencionados noutros jactos e/ou paredes 2. 0 jacto 5 primário e os jactos 6 auxiliares colocados nos seus lados constituem uma área de fluxo substancialmente uniforme que penetra o forno 7. Consequentemente, os jactos 5 primários paralelos e opostos e os jactos 6 auxiliares adjacentes um ao outro, por seu turno, constituem uma "frente de fluxo" substancialmente uniforme que cobre o forno 7 na direcção horizontal. Na área da referida frente de fluxo, os fluxos dos jactos 5, 6 viram-se, de um modo preferido, para cima quando misturados com os gases de combustão, em que a mistura de ar com o gás de combustão se torna mais eficiente e a referida mistura ocorre uniformemente na área global do nivel de alimentação de ar. A alimentação do ar de combustão de acordo com a invenção pode ser utilizada com diferentes niveis de alimentação de ar na caldeira, tais como, por exemplo, os niveis TI primário, T2 secundário, T3 terciário e T4 quaternário, assim como outros possíveis níveis de alimentação de ar e os seus subníveis. 0 fornecimento de ar de combustão pode ser disposto sobre cada diferente nível de alimentação de ar uniformemente com os outros níveis, ou o fornecimento de ar de combustão pode ser implementado em um ou mais níveis de alimentação de ar de modo tipo imagem no espelho ou numa direcção transversal às entradas dos outros níveis de alimentação de ar.

Naturalmente, que é óbvio que a invenção não está limitada apenas à forma de realização apresentada no exemplo precedente, mas o método para alimentação de ar de combustão numa caldeira pode ser também utilizado em caldeiras de outros tipos que não a 10 caldeira de recuperação de soda dada no exemplo, tal como, por exemplo, caldeiras para produção de energia; particularmente, em caldeiras de leito fluidizado, podendo o referido método para alimentação de ar ser uma disposição vantajosa.

Lisboa, 29 de Agosto de 2007 11

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Método para alimentação de ar de combustão numa caldeira de recuperação de soda, na qual o ar é alimentado ao forno (7) da caldeira sob a forma de jactos (5) de ar primários e jactos (6) de ar auxiliares, jactos de ar auxiliares esses que são mais curtos do que os jactos de ar primários, caracterizado por, pelo menos, um jacto (5) de ar primário estar colocado entre dois jactos (6) de ar auxiliares na direcção oposta, e por o jacto de ar primário tocar o referido jacto de ar auxiliar quando o jacto de ar primário e o jacto de ar auxiliar passam um pelo outro.
2. Método para alimentação de ar de combustão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por mais um jacto (5) de ar primário estar disposto da primeira parede (2) para a segunda parede do forno (7).
3. Sistema (1) para alimentação de ar de combustão numa caldeira de recuperação de soda, para alimentar ar a um forno (7) limitado por paredes (2) verticais, sistema esse que compreende bocais (3, 4) para alimentar ar de combustão nas paredes (2) opostas ao forno (7), em que alguns dos bocais são bocais (3) primários para produzir jactos (5) de ar primários, e alguns dos bocais são bocais (4) auxiliares para produzir jactos (6) de ar auxiliares, jactos de ar auxiliares esses que são mais curtos do que o jacto de ar primário, 1 caracterizado por dois bocais auxiliares estarem localizados entre dois bocais primários adjacentes, e os bocais (3, 4) nas paredes (2) opostas estarem cruzados de modo a que o jacto (5) de ar primário do bocal (3) primário esteja substancialmente colocado entre dois jactos (6) auxiliares adjacentes a partir de dois bocais (4) auxiliares adjacentes na parede oposta, e o jacto de ar primário toca os referidos jactos de ar auxiliares quando o jacto de ar primário e os jactos de ar auxiliares passam uns pelos outros.
4. Sistema (1) para alimentação de ar de combustão de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por, pelo menos, dois bocais (4) auxiliares estarem dispostos entre dois bocais (3) adjacentes produzindo jactos (5) de ar primários opostos e os jactos (6) de ar auxiliares dos referidos dois bocais auxiliares estarem substancialmente opostos uns aos outros.
5. Sistema (1) para alimentação de ar de combustão de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o sistema (1) para alimentação de ar de combustão compreender vários grupos de bocais, em que um grupo de bocais é formado por um bocal (3) primário e dois bocais (4) auxiliares posicionados de acordo com a reivindicação 3, e os grupos de bocais estão posicionados em paredes (2) opostas de tal modo que os bocais primários dos grupos de bocais adjacentes estejam localizados em paredes opostas.
6. Sistema (1) para alimentação de ar de combustão de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por, pelo menos, dois bocais (4) auxiliares estarem colocados entre dois bocais 2 (3) adjacentes produzindo jactos (5) de ar primários.
7. Sistema (1) para alimentação de ar de combustão de acordo com qualquer das reivindicações 3 a 6, caracterizado por os bocais (3) primários e os bocais (4) auxiliares estarem substancialmente colocados ao mesmo nível horizontal.
8. Sistema (1) para alimentação de ar de combustão de acordo com qualquer das reivindicações 3 a 6, caracterizado por os bocais (3) auxiliares estarem colocados acima dos bocais (4) primários.
9. Sistema (1) para alimentação de ar de combustão de acordo com as reivindicações 3-8, caracterizado por o bocal (3) primário e/ou o bocal (4) auxiliar compreenderem um ou mais bocais.
10. Caldeira de recuperação de soda, caracterizada por a caldeira de recuperação de soda compreender o sistema (1) para alimentação de ar de combustão de acordo com a reivindicação 3 ou 5, proporcionada com um nível de alimentação de ar ou de um subnível para um nível de introdução de ar, para alimentar o ar à caldeira.
11. Caldeira de recuperação de soda de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por o sistema (1) para alimentação do ar de combustão estar colocado em, pelo menos, um dos seguintes níveis de alimentação de ar ou os seus subníveis: nível primário (Tl), nível secundário (T2), nível terciário (T3), nível quaternário (T4). 3
12. Caldeira de recuperação de soda de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizada por o sistema (1) para alimentação do ar de combustão estar colocado em dois ou mais dos seguintes níveis de alimentação de ar ou os seus subníveis: nível primário (Tl), nível secundário (T2), nível terciário (T3), nível quaternário (T4) Lisboa, 29 de Agosto de 2007 4