PT85577B - Processo e aparelho para o aquecimento do vapor de agua formado a partir de uma agua de arrefecimento - Google Patents
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Description
Ο presente invento diz respeito a um processo e a um aparelho próprios para o aquecimento do vapor
-3de água formado a partir da água de arrefecimento que circula ; num permutador de calor para gás quente.
!
Para se proceder ao arrefecimento do
I | gás de processarnento é utilizado um permutador de calor, por exemplo sob a forma de um tubo espiral, através do qual se ; faz passar o gás que se pretende arrefecer. Normalmente o gás de processamento em questão encontra-se a uma temperatura superior a 1.300°C e a uma pressão superior a 30 bar. 0 permutador de calor é arrefecido por um fluido refrigerante, por exemplo água, que se encontra normalmente a uma pressão suί '-W..
perior à do gás.Devido à elevada carga térmica e ao relativai I mente longo tempo de permanência a que o fluido refrigerante é submetido, vai formar-se vapor de água que vai ser depois recolhido num compartimento previsto para esse efeito. Este vapor de água é um vapor saturado. Tendo em vista o seu posΐ terior processamento, o vapor de água deverá ser conduzido a f um estado não saturado visto que o vapor saturado é normalmente difícil de manipular devido às condensações. 0 vapor de água é conduzido a um estado não saturado por meio de um aquecj_ mento suplementar. Com esta finalidade o vapor de água é extraído do compartimento e conduzido para um sobreaquecedor.
No sobreaquecedor o vapor de água é aquecido pela energia calorífica que aí lhe vai ser fornecida.
Este processo tem o inconveniente de
I ser necessária uma parcela suplementar de energia para o aque '1 cimento do vapor de água no interior do sobreaquecedor. A1 ém ; disso a instalação é re 1 ativanente volumosa devido ao facto de j o sobreaquecedor se achar situado fora do permutador de calor i e ligado a este por meio de condutas tubulares.
Um dos objectivos do presente invento consiste em eliminar os inconvenientes anteriormente referidos.
Π 0 presente invento proporciona portanto um processo de aquecimento do vapor de água formado a partir da água de arrefecimento que circula num permutador 1 de calor para gás quente, caracterizado por o vapor de água ser aquecido pelo gás que se pretende arrefecer.
I;
< 0 invento também proporciona um || aparelho que é próprio para realizar o anteriormente referido |i processo e que compreende um reservatório que se acha dotado i de uma abertura de admissão para o gás a ser arrefecido, um compartimento próprio para a água de arrefecimento que se i acha equipado com um tubo ou com um sistema tubular próprio |i para fazer circular o gás a ser arrefecido e um espaço de I recolha para o vapor de água que se vai formando, caracteriP zado por existir uma ou mais unidades de sobreaquecimento ou sistemas de guiamento que se acha(m) ligado(s) ao referido ί sistema tubular e que apresenta(m) uma abertura de descarga própria para através dela se proceder à descarga do gás arreí| fecido e um tubo de circulação de vapor de água que se acha j| ligado ao espaço de recolha e que vai passar através da(s) í unidades(s) de sobreaquecimento ou sistema(s) de guiamento.
il !' Deste modo, de acordo com o invento, ί1 a energia calorífica que se acha contida no seio do gás de ! processamento vai ser utilizada para se obter vapor de água | sobreaquecido sem que para isso seja preciso fazer uso de sobreaquecedores separados que se encontram localizados fora da instalação de arrefecimento.
I i
1 Será conveniente que o vapor de água seja aquecido por gás que já tenha sido submetido a um certo pré-arrefecimento. 0 aquecimento directo do vapor de água com i gases que não tivessem sido submetidos a qualquer arrefecii mento iria, devido â elevada temperatura desses mesmos gases (1.300°C), dar origem a problemas com os materiais.
-5j! Ainda mais conveniente será que oj ; gás arrefecido seja conduzido através de um espaço próprio ! para aquecer o vapor de água em que a pressão é determinada| ; iI | pelo vapor de água a ser aquecido. Nos processos já conhe- í eidos que foram utilizados até ao presente momento, em que o !
ji vapor de água era aquecido fora da instalação de arrefecimento, j era necessário adopatar soluções dispendiosas para se poder ' fazer face às elevadas pressões do gás. A fim de se evitar i que as partículas de cinza e de fuligem presentes no seio do gás de processamento se possam depositar na instalação, a | il l ; j velocidade do gás a ser arrefecido deverá ser mantida acima i i| de um certo valor mínimo. Isto vai reduzir consideravelmente as probabilidades de sedimentação de partículas de sujidade.
I!
invento irá ser em seguida descrito, ji a título de exemplo, de uma maneira mais pormenorizada com , j referência aos desenhos anexos em que: | ί j ( a Fig. la. representa de uma maneira j j esquemática e em corte longitudinal o aparelho de acordo com ( o presente invento;
| a Fig. lj) representa uma vista em f corte longitudinal de um modelo de realização preferencial i do presente invento;
i
I a Fig. 2 representa em escala aumentada uma parte do aparelho de acordo com a Fig. 1 a_; e a Fig. 3 representa uma vista em corte longitudinal de outro modelo de realização preferencial do presente invento.
!!
Em relação à Fig. l_a vemos que o aparelho caracteristico do presente invento compreende um reservatório (1), equipado com uma ligação de alimentação (2) para o gás que se pretende arrefecer, um compartimento (3) para a água de arrefecimento, um sistema tubular (4), que
-6serve como permutador de calor, próprio para fazer circular ; o gás que se pretende arrefecer, e um espaço de recolha (5) próprio para recolher o vapor de água que se forma a partir
1' da água de arrefecimento. 0 sistema tubular (4) pode ser h constituído por exemplo por um tubo espiral.
i1 1 Ao sistema tubular (4) que serve í' como permutador de calor encontra-se ligado pelo menos uma |! unidade de sobreaquec imento ou sistema de guiamento (7), ji que se acha equipada com uma saída de descarga (6) para o gás arrefecido, bem como com um tubo de vapor (8) que pode, & I por exemplo, apresentar a forma de uma espiral, que se encon1' tra ligado ao espaço de recolha (5) e que passa através da ji unidade de sobrea quec i mento ou sistema de guiamento (7).Por razões de clareza apenas foi representada na figura uma li ; única unidade de sobreaquecimento ou sistema de guiamento (7). 0 sistema tubular (4) que serve como permutador de ca- i- lor vai ligar-se à unidade de sobreaquec imento (7) junto ao
I 1 ponto onde o tubo de vapor (8) também se liga à unidade (7)
I e de uma qualquer maneira adequada para o efeito. A secção
I. transversal da unidade de sobreaquecimento (7) deverá ser || de preferencia considerávelmente maior do que a do sistema . tubular (4). Graças à válvula (9) o vapor de água que sai li do tubo de vapor (8) pode ser misturado com o vapor de água i saturado proveniente do espaço de recolha (5) que é fornecido ji através do tubo de derivação (10). Isto faz com que seja
I possível manter a temperatura do vapor de água sobreaquecido proveniente do tubo (11) com um valor tão constante quanto | possível, e ao mesmo tempo controlarde uma maneira limitada
- a temperatura do gás proveniente do tubo (6).Para isso a válvula (9) é ligada, por intermédio de um tubo de controlo jj (12), ao sensor de temperatura (13).
Agora em relação à Fig. lb vemos que nela se encontra representado um modelo de realização preferencial do invento. Nesta figura foram utilizados os mesmos números de referência que foram utilizados na Fig. la. Na
-7(: k
Fig. acha-se representado um conjunto compreendendo duas unidades de sobreaquecimento (7) e um tubo de descida central (100). Por motivos de clareza apenas uma unidade de sobreaquecimento (7) se encontra representada como estando ligada às respectivas aberturas de admissão e de descarga para o vapor de água e para o gás, mas é evidente que a(s) outra(s) unidade(s) de sobreaquecimento (7) se acha(m) também equipada(s) com as respectivas aberturas de admissão e de descarga para vapor de água e para o gás.
Neste modelo de realização a conduta de derivação (10) é colocada no interior do reservatório (1) e a válvula (9) não se encontra representada.
Na Fig. 2 encontra-se representada uma unidade de sobreaquecimento (7) idêntica à que se acha í representada na Fig. la mas agora a uma escala aumentada.
Conforme se pode ver na Fig. 2, o tubo de vapor (8) pode ί consistir num tubo espiral duplo. Chama-se a atenção para o facto de que é possível aplicar uma qualquer quantidade ade' quada de tubos deste tipo. 0 gás penetra no interior da unidade de sobreaquecimento (7) pela parte superior desta depois de já ter sido previamente submetido a um certo arrefecimento. Neste modelo de realização o vapor de água que se
Ι pretende aquecer vai escoar-se através do tubo de vapor (8)
I em regime de corrente paralela com o gás, apesar de ser também possível que os dois fluidos se escoem em regime de contra-corrente . Chama-se a atenção para o facto de que é possível aplicar soluções híbridas. 0 termo solução híbrida significa que, por exemplo uma unidade de sobreaquecimento pode compreender uma primeira parte que trabalha em regime de corrente paralela e na qual é introduzido o gás e uma segunda parte que trabalha em regime de contra-corrente.Na unidade de sobreaquecimento (7) é montado um tubo (14). Por um lado o tubo (14) desempenha as funções de tubo de alimentação para a água de arrefecimento ou para uma mistura de água e de vapor de água, para o que o tubo (14) se acha
-8i equipado com uma ligação (15) de alimentação de água e com uma | 1' ligação (16) de descarga de água de arrefecimento e de vapor i, de água. Por outro lado o tubo (14) serve para reduzir a ' secção transversal da unidade de sobreaquecimento ou sistema ji de guiamento (7) a fim de que a velocidade de escoamento de : gás se mantenha acima de um certo valor mínimo de maneira a I fazer com que as probabilidades de que as partículas de cin| zas e de fuligem se possam depositar na unidade de sobreaquecimento (7) sejam tão baixas quanto possível. No interior
I do tubo (14) acha-se montado um tubo (17) que se vai ligar . por intermédio de umas passagens, por exemplo as passagens I (18) e (19),a umas aberturas existentes nas paredes do tubo |i (14). 0 tubo (17) encontra-se equipado com uma conduta (20)| ji de alimentação de fluido. Esta disposição permite que um' fluido adequado, como por exemplo o vapor de água ou um gás
- comprimido ou um gás de sintese, possa ser insuflado no in1 terior da unidade de sobreaquecimento ou sistema de guiamento il l' (7) através da ligação (20), do tubo (17) e das passagens i; (18) e (19) e deste modo ir remover qualquer depós i to de c i nza s . ou de fuligem que se tenha entretanto formado.
i! |j Agora em relação à Fig. 3 vemos ( ! que nela se encontra representado outro modelo de realização preferencial do presente invento. Nela foram utilizados os mesmos números de refer ência que os que foram utilizados nas Figs . 1-2.
Na Fig. 3 cada uma das unidades de sobreaquecimento (7) encontra-se ligada a pelo menos dois tubos próprios para através deles circular o gás que se pretende arrefecer. Por razões de clareza apenas uma unidade de sobreaquecimento (7) se encontra representada como estando ligada dessa maneira mas é evidente qu© a(s) outra(s) unidade (s) de sobreaquecimento (7) se acha (m) também ligada(s) dessa mesma maneira.
i
-9No modelo de realização da Fig. 3 passa a ser possível o abaixamento do nível da água para, por exemplo, no máximo 1/3 da altura de uma unidade de sobreaquecimento (em regime de corrente paralela), o que permite não só controlar a qualidade do vapor de água sobreaquecido como também o nivel de temperatura do gás à saída do reservatório ( 1 ) .
Chama-se a atenção para o facto de que a forma mais delgada do reservatório resulta numa melhor capacidade de acesso/manutenção das unidades de sobreaquecimento e numa maior capacidade de remoção de incrustações.
Além disso no caso de o controlo do gás que sai do reservatório e que é feito por intermédio de um nível de água variável, não trabalhar de uma maneira satisfatório, a submersão completa das unidades de sobreaquecimento constituirá uma solução fácil de adopatar.
A instalação funciona da maneira que a seguir será descrita. 0 gás que se pretende arrefecer é obrigado a passar através da ligação (2), do sistema tubular (4) e da unidade de sobreaquecimento ou sistema de guiamento (7) montados no reservatório (1) e descarregado através da abertura de descarga (6) para fora do reservatório. Durante este processo o gás vai ser sucessivamente arrefecido pela água de arrefecimento, sofrendo ainda um arrefecimento suplementar na unidade de sobreaquecimento (7) onde vai simultaneamente promover o aquecimento do vapor de água que se forma a partir da no espaço de recolha sobreaquec imentc de água aquecido ser (8) água de arrefecimento e que é recolhido (5) e depois fornecido à unidade de através do tubo de vapor (8).0 vapor atingir uma (7) va i para o exterior temperatura tal que vai através do tubo de vapor descarregado num estado não saturado.
Chama-se que a atenção para o facto de é possível montar no interior de um reservatório uma
qualquer quantidade de unidades de sobreaquecimento ou sistemas de guiamento adequadas para o fim em causa.
Também se chama a atenção para o facto de que no interior de uma unidade de sobreaquecimento pode ser montada uma qualquer quantidade adequada de tubos de circulação de gás. No caso de numa unidade de sobreaquecimento entrarem dois ou mais tubos de gás, o tubo de queda central deve ser prolongado indo os tubos de gás penetrar na unidade de sobreaquecimento a uma certa distância circunferencial um (uns) do(s) outro(s).
A partir da descrição que acaba de ser feita e dos desenhos anexos, para os entendidos nesta matéria tornar-se-ão evidentes várias modificações do presente invento. Essas modificações consideram-se como incluídas no âmbito do invento tal como este se acha descrito nas reivindicações anexas.
Claims (11)
- Μ. - Processo de aquecimento do vapor de âgua formado a partir da água de arrefecimento que circula num permutador de calor para gás quente, caracterizado por o vapor de água ser aquecido pelo gás que se pretende arrefecer.
- 2-. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o vapor de água ser aquecido por gás que já foi submetido a um certo arrefecimento prévio.
- 3â. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o gás arrefecido ser obrigado a passar através de um espaço em que a pressão é determinada pelo vapor de água a ser aquecido.
- 45. - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-3, caracterizado por a velocidade do gás a ser arrefecido ser mantida acima de um determinado valor mínimo.
- 5«. - Aparelho próprio para a realização do processo de acordo com as reivindicações 1 e 2, compreendendo um reservatório que se acha dotado de uma abertura de admissão para o gás a ser arrefecido, um compartimento próprio para a água de arrefecimento que se acha equipado com um tubo ou com um sistema tubular próprio para fazer circular o gás a ser arrefecido e um espaço de recolha para o vapor de água que se vai formando, caracter^ zado por existir uma ou mais unidades de sobreaquecimento ou sistemas de guiamento que se acha(m) ligado(s) ao referido sistema tubular e que apresenta(m) uma abertura de descarga própria para através dela se proceder à descarga-12do gâs arrefecido e um tubo de circulação de vapor de água !que se acha ligado ao espaço de recolha e que vai passar i através da(s) unidade(s) de sobreaquecimento ou sistema(s) de guiamento.
- 6a. - Aparelho de acordo com a rei- vindicação 5, caracterizado por o sistema tubular próprio para através dele circular o gás que se pretende arrefecer se encontrar ligado à(s) unidade(s) de sobreaquecimento ou j sistema(s) de guiamento junto ao(s) ponto(s) onde o tubo h'.·-· j de circulação de vapor de água também se vai ligar à(s) Γ [ unidade(s) de sobreaquecimento. ;I '
- 7a. - Aparelho de acordo com qual- ( quer uma das reivindicações 5 e 6, caracterizado por a unidade (s) de sobreaquecimento ou sistema(s) de guiamento ’ ser(em) um tubo cuja secção transversal é consideravelmente maior do que a do referido sistema tubular próprio para através dele circular o gás que se pretende arrefecer.i
- 8a. - Aparelho de acordo com qual- l j· quer uma das reivindicações 5-7, caracterizado por a secção I transversal do tubo de circulação de vapor de água ser consii deravelmente menor do que a da(s) unidade(s) de sobreaquecimento ou sistema(s) de guiamento.
- 9a. - Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 5-8, caracterizado por na(s) unidade(s) de sobreaquecimento ou sistema(s) de guiamento se encontrar montado um tubo de redução da secção transversal da(s) referida(s) unidade (s).
- 10a. - Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o referido tubo de redução da secção transversal se encontrar equipado com uma conduta de alimentação e com uma conduta de descarga para a mistura água/vapor de água.-1311-. - Aparelho de acordo com qualquer i uma das reivindicações 9-10, caracterizado por o referido ! tubo de redução da secção transversal se encontrar equipado com umas passagens próprias para através delas passarem quan_ !i tidades variáveis de água ou de vapor de água para o referido 1' sistema tubular através do qual circula o gás que se pretende arrefecer.i í dIIII1' 12?. - Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 5-11, caracterizado por a uma unidade i de sobreaquecimento ou sistema de guiamento se encontrar I ligado um tubo através do qual circula o gás que se pretende arrefecer.I
- 13?. - Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 5-11, caracterizado por a uma unidade de sobreaquecimento ou sistema de guiamento se encontrarem ligados pelo menos dois tubos através dos quais circula o ! gás que se pretende arrefecer.
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