PT88315B - Camara de combustao rotativa dotada de uma eficaz distribuicao de ar - Google Patents
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Description
WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION,norte-ame ricana,industrial,com sede em Westinghouse Buiding Gateway Center Pittsburgh,Pennsylva nia 15222,Estados Unidos da América do Norte .
CAMARA DE COMBUSTÃO ROTATIVA DOTADA DE UMA EFICAZ DISTRIBUIÇÃO DE AR
INVENTORES:
Suh Yong
Lee e Graham Anthony Whitlow.
Reivindicação do direito de prioridade ao abrigo do artigo 4.° da Convenção de Paris de 20 de Março de 1883.
Estados Unidos da América do Norte em 24 de Agosto de 1987, sob o nQ. 092,849.
tNPl. MOQ V3 RF 1βΓ32
MEMÓRIA DESCRITIVA
Resumo
O presente invento diz respeito a um a câmara de combustão rotativa que é dotada de uma eficaz distrituição de ar resu 1 tante db existência de umas aberturas inclinadas (521) que se acham dispostas nas inter 1 igações entre os tubos de arrefecimento (24) aue formam a parede lateral (23) da câmara de combustão rotativa, de maneira que o ar que
NEST INGHOUSE ELECTRIC CORPORATION
CAMARA DE COMBUSTÃO ROTATIVA DOTADA DE UMA EFICAZ DISTRIBUIÇÃO DE AR
é utilizado para garantir a comoustão vai passar através das aberturas inclinadas (52') o aue vai fazer com que a sua trajectória se passe a partir daí a fazer secundo uma direcção que faz um ângulo agudo ccrn um vector (63) que indica a direcção de rotação do tambor de comoustão. fazendo assim com oue o ar vS ser enviado em direcção à zona de comoustão no interior do tamoor de combustão e portanto melhorar a qualidade da combustão.
presente invento diz respeito a uma câinara de combustão rotativa, ou incinerador rotativo, própria para a incineração de lixos no interior de um tambor de combustão e, mais Darticu 1 armente, a um aperfeiçoamento introduzido na parede lateral geralmente cilíndrica do tambor de combustão que é próprio para dirigir o ar fornecido ã câmara de combustão de maneira a proporcionar uma combustão mais eficaz.
A eliminação dos lixos tem vindo a tornar-se um problema cada vez mais sério na medida em que os já existentes locais proprios para o despejo de lixos, sob a forma de aterros sanitários, ou já atingiram ou estão prestes a atingir a sua capacidade máxima e se tem revelado cada vez mais difícil obter novos locais. A incineração de lixos combustíveis tem sido um processo utilizado desde há muito tempo para redieir as quantidades de matérias sólidas que é preciso deitar fora. No entanto os métodos de incineração que têm vindo a ser utilizados até ao presente momento resultam normalmente em combustões incompletas e produzem gases de exaustão que incluem monóxido de carbono e hidrocarbonetos não queimados.
Um dispositivo próprio para a incine ração de lixos é aquele que é constituído por uma câmara de combustão rotativa arrefecida por água que tem vindo a ser utilizada num cada vez maior número de aplicações durante a última ou as duas últimas décadas. Na patente U.S. 3.882.651, de Harris et al., encontram-se descritos exemplos de câmaras de combustão rotativas arrefecidas por água.
objectivo do presente invento consiste em proporcionar um aumento de rendimento da combustão realizada nas câmaras de combustão rotativas e em minimizar as descargas de monóxido de carbono e de hidrocarbonetos não queimados produzidos pelas câmaras de combustão rotativas utilizadas para queimar os lixos municipais.
Este objectivo éalcançado Dor meio de uma câmara de combustão rotativa que apresenta uma eficaz distribuição de ar e que se acha dotada de uma parede lateral geralmente cilíndrica que determina a formação de um tambor de combustão utilizado Dara a incineração de matérias sólidas com um gás de combustão proveniente de uma fonte de abastecimento de gás de combustão que penetra no interior do tambor de combustão através da parede lateral a fim de garantir a combustão des referidos materiais, apresentando o tambor de combustão uma extremidade de admissão e uma extremidade de descarga e encontrando-se a parede lateral ligada a um sistema de arrefecimento que compreende um equipamento permutador de calor e que roda num sentido de rotação em torno de um eixo de rotação central, compreendendo a parede lateral uma sefie de tubos de arrefecimento que se estendem longitudinalmente afastados uns dos outros e com os respectivos eixos longitudinais orientados para 1 e1amente uns aos outros e que se encontram ligados ao sistema de arrefecimento em pelo menos uma das extremidades de admissão e de descarga; e várias interligações, através das quais os gases podem passar, que apresentam umas aberturas através das quais o gás de combustão vai ser enviado da fonte de fornecimento de gás de combustão para o interior do tambor de combustão segundo uma direcção que faz um ânqulo agudo com um vector correspondente à direcção de rotação do tambor de combustão.
invento será melhor compreendido por meio da descrição que irá ser apresentada a seguir e que será feita com referencia aos desenhos anexos em que núme ros de referencia idênticos se referem a partes idênticas e
a Fig. 1 é uma vista esquemática, em corte e em alçado lateral de uma câmara de combustão rotativa convencional;
a Fig. 2A é uma vista esquemática, em corte e em alçado de topo da câmara de combustão rotativa representada na Fig. 1;
a Fig. 2B é uma vista a escala aumentada de um pormenor da estrutura da Fig. 2A;
a Fig. 3A é uma vista semelhante à Fig. 2B mas relativa a um primeiro modelo de realização do presente invento;
a Fig. 3B é uma vista em perspectiva de uma parte do primeiro modelo de realização do presente invento;
a Fig. 4A é uma vista semelhante ã Fig. 2B mas relativa a um segundo modelo de realização do presente invento;
a Fig. 4B é uma vista em perspectiva de uma parte do segundo modelo de realização do presente invento; e a Fig. 5 é uma vista esquemática;em corte e em alçado de topo de uma câmara de combustão rotativa de acordo com o presente invento.
A vista em alçado lateral e em corte que se acha representada na Fig. 1 ilustra uma câmara de combustão rotativa convencional arrefecida a água. Uma câmara de combustão rotativa inclui normalmente um tambor de combustão (10) que apresenta uma parede lateral (23) de forma geralmente cilíndrica que é formada por uns tubos de arrefec_i_ mento (24) que se estendem longitudinalmente e que se acham afastados uns dos outros com os respectivos eixos longitudinais orientados paralelamente uns aos outros. Os tubos de arrefecimento (24) são abraçados por umas cintas (13) às quais eles se acham fixados e que se acham por sua vez apoiadas nos roletes (12). 0 tambor de combustão (10) recebe lixos (14) que são introduzidos por uma extremidade de admissão (16) e descarrega calor (20) e produtos de combustão sólidos (22), como por exemplo cinzas, por uma extremidade de descarga (18). 0 tambor de combustão (10) pode ser obrigado a rodar por intermédio dos rolos (12) ou de uma roda dentada anular (não representada) qje se encontre fixada ao tambor e que seja accionada por um carreto, conforme se acha apreseji tado na patente U.S. 3.822.751 de Harris et al.
tambor de combustão (10) tem um eixo de rotação central que é ligeiramente inclinado em relação à horizontal, sendo esse inclinação descendente no sentido da extremidade de admissão (16) para a extremidade de descarga (18). 0 ar de combustão é forçado a entrar no interior do tambor (10) através das interligações (51), através das quais os gases podem passar, que se acham situadas unas entre cada par de tubos de arrefecimento (24) adjacentes, sendo insuflado a partir das câmaras de insuflação, designadamente das câmaras de insuflação (32), (34) e (36) que se acham representadas na Fig. 1. As interligações (51), através das quais os gases podem passar, podem ser formadas por umas membranas metálicas perfuradas que são constituídas por barras de aço perfuradas por umas aberturas (52). As interligações (51) estendem-se a partir da extremidade de admissão (16) ao longo das geralmente rectílineas partes axiais dos tubos (24) até atingirem uma parte inclinada ou de forma tronco-cónica (24a) que é recebida no interior de uma conduta de exaustão (28). Não existem interligações (51) na parte inclinada (24a) onde os tubos de arrefecimento (24) se desen
-7volvem de uma maneira ligeiramente convergente em direcção à extremidade de saída (18) do tambor (10). A ausência de interligação (51) na parte inclinada (24a) permite que os gases de combustão (50) e as cinzas (22) possam sair facihente do tambor (10).
A temperatura dos tubos de arrefecimento (24) é mantida a cerca de 275°C fazendo circular através deles um fluido de arrefecimento. 0 fluido de arrefecimento contendo um elevado nível de energia resultante da absorção de calor circula em circuito fechado num sistema de arrefecimento que compreende um colector anular (17), um tubo de alimentação (26), uma união rotativa (55), uma bomba (25) e um equipamento permutador de calor (27). Os tubos de alimentação (26) devem incluir de preferencia um tubo (37) de parede dupla, ou coaxial, proprio para ligação â união (35) que pode ser feita da maneira que se acha apresentada na patente 3.882.651 de Harris et al.O sistema de arrefecimento vai enviar o fluido de arrefecimento, agora com um baixo nível de energia, para o colector anular (17) através da bomba(25), da união (35) e dos tubos de alimentação (26). 0 colector anular (17) vai distribuir o fluido de arrefecimento, que se acha com um baixo nivel energético, proveniente do equipamento permutador de calor (17) por um primeiro conjunto de tubos de arrefecimento (24) que transportam o fluido de arrefecimento ao longo do tambor (10) até a um sistema de retorno, como por exemplo tubos em forma de U (39) ou outro colector anular (não representado), situado na extremidade de admissão (16) do tambor (10). Os tubos em forma de U(39) vão ligar o primeiro conjunto de tubos de arrefecimento (24) a um segundo conjunto de tubos de arrefecimento (34) através dos quais o fluido de arrefecimento vai retornar ao colector anular (17) a fim de ser daí enviado para o equipamento permutadcr de calor (27). 0 equipamento permutador de calor (27) pode incluir uma caldeira, um condensador, uma ligação a um sistema de produção de energia eléctrica por meio de vapor de água, etc.(nenhum deles representado na figura), de acordo com uma técnica já conhecida.
Em relação às Figs. 1 e 2 A temos que o gás de combustão, normalmente o ar, é fornecido ao tambor de combustão (10) por intermédio de uma conduta de ar (30) e das câmaras de insuflação, designadamente das câmaras de insuflação (32), (34), (36) e (38). Por debaixo do tambor de combustão (10) encontra-se colocado um total de seis câmaras de insuflação mas as câmaras de insuflação de ar por debaixo da chama adjacente às câmaras (32) e (36) de insuflação de ar por cima da chama não se encont ram ilu stradas 0 ar é transportado da conduta (30) para as câmaras de insuflação por intermédio das condutas de controlo (40), (42),... (50). Conforme se acha ilustrado na Fig. 2, a conduta de controlo (46) fornece a partir da conduta de ar (30) ar de combustão à câmara central (34) de insuflação de ar por cima da chama, ao passo que a mnduta de controlo (34) fornece ar de combustão à câmara central (38) de insuflação de ar por debaixo da chara. 0 ar que é fornecido pela conduta de ar (30) pode ser pré-aquecido pelos gases de combustão que passam através da conduta de exaustão (28) e pode ser insuflado por meio de um ventilador de tiragem forçada convencional (não representado). 0 ar de combustão deverá ser de preferencia aspirado a partir da zona (15) de entrada de lixo a fim da proporcionar uma ventilação aos materiais de que são compostos os lixos (14) que estão a ser introduzidos no interior do tambor de combustão (10).
A Fig. 2 A é uma vista esquemática, em corte e em alçado de topo da câmara de combustão rotativa convencional que se acha representada na Fig. 1.Conforme se acha ilustrado na Fig. 2 A, o tambor de combustão (10) acha-se alojado no interior de um invólucro (57), não representado na Fig. 1 por razões de simplificação, que assegura que os gases de combustão (20) sejam obrigados a sair pela conduta de exaustão (2 ύ ). 0 invólucro (57) vai a o o i a r-s e numa superfície adequada por intermédio des suportes (58).A Fiq. 2 A é representada com um corte parcial (59) oroprio oara mostrar a conduta de controle (44) através da qual é fornecido ar de combustão â câmara (33) de insuflação de ar d o r d e o a i χ o da chama.
Conforme ce pode ver na Fiq. 2A, que é uma vista observada pelo lado da extremidade de saida (13) (Fiq. 1), o tamoor de combustão (10) roda no sentido do movimento dos ponteiros do relógio, conforme indicado pela seta (43). Em consequência disso, os materiais de aue sac compostos cs lixos (14) vão ser ohriciados a subir para o lado esquerdo do tambor de combustão (10). conforme se pode ver na
Portanto em todas as câmaras t3 insuflação de ar por cima das chamas, por exemolo na câmara de insuflação (34), existem normal mente peio menos aíaumas aberturas (52) que não vão ser cobertas pelos materiais de aue são compostos os lixos (14) e que per isso sao capazes de fornecer grandes quantidades de ar para o interior do tambor de comnustãc( 10 ) . 4or outro lado as câmaras de insuflação d >'? ar por denaixo da chama, dcr exempio. a câmara de insuflação (33), vão αιr i gi r o ar para a zona da case d c lixo (i 4 ) a fim de ajudar a promover a combustão. Normaimente c lixo (14) é fornecido em quantidades suficientemente grandes e de formas irregulares, de maneira que vai haver um número suficiente de aberturas (52) aue vão ficar desbloqueadas por cima das câmaras de insuflação de ar. permitindo que o ar oossa penetrar no seio dos materiais de gue são constituídos os lixos (14) que se acham contidos no interior do tambor (1 d).Norma Imente o diferencial de pressão de ar entre as câmaras de insuflação de ar e o tambor (10) é de 4 mm Hq (alqumas poleqadas de coluna de água, isto é, ligeirameu te menor do que 0,1 1ioras por poíeqada quadrada).Conforne se acha representado na Fiq. 2A, existem umas tiras de vedação (54) que vão trabalhar em coope racão com os bordos (561 das câmaras de insuflação de maneira a obter-se uma vedação para o ar sob pressão entre as câmaras de insuflação e o tambor de combustão (10). As tiras de vedação (54) estendem-se longítudina lmente. isto é, segunde una direcção axial, oaralel.anente e ao longo da parte de fora do tamoor de combustão UO) e fixadas a este mesmo tambor, e apresentam uma forma queoraca conforme se acna representado na Fio. 2A. Cada uma das tiras de vedação (54) é contínua pelo menos ao longo do comprimento axia 1 do uma câmara de insuflação.
Conforme se acha representado na Fiq. 2A pelas setas de escoamento (41). ennuanto a corrente ar proveniente das câmaras de insuflação d-'5 ar por debaixo da chama, por exemplo a camara de insuflação (35), é ai rio ida para a zona de combustão, o ar oroveniΛnte das aberturas descobertas (52) oue se acham situadas por cima das câmaras ce insuflação de ar por cima da chama, por exemplo a câmara de insuflação (34), tem tendência a dirigir-s^ para o centro do tambor onde a combustão é quantitativamente muito reduzida.
A d e s a r de se v e ri f í c a r um 1 i α e ι r o movimento de rot a c ãc de qases no sentido do movimento dos oenteiros do relóqio (guando a c â m a r a d e comoustão é vista de acordo com a maneira como se acha representada na Fiq. 2A) no interior ao tambcr de combustão (10) devido â localização descentrada do material combustível que está a ser queimado, a velocidade a que esse movimento de rotação se faz é qera 1men t e baixa.
presente invento evita que isto aconteça, o que é conseguido araças à utilização de aberturas inclinadas (52'), conforme aquelas gue se acham representadas nas vistas em corte das Fiqs. 3A e 4a. As aDerturas inclinadas (52') são formadas nas interligações (51') através das quais os qases pedem passar, const. ruídas da ira ne ira que se acha representada nas Fiqs. 3A e 3B, ou nas interligações (51), através das quais os gases podem passar, construídas da maneira que se acha representada nas Fins. 4A e 43.Conforme se acha representado na Fiq. 3A, a direcção segundo a qual a corrente de ar (41) atravessa o tambor de combustão (10) forma
-11u m angulo agudo (6 1 ) co'i o vector (63) correspondente â direcçãc e sentido de rotação do tarnoor, conforme indicado Dela s e t a (43).0 â η η u 1 o (6 i) d e v ° r á ter de preferencia um valor compreendido aproximadamente entre 60 e 20. Oeste modo, conforme se acha representado na Fig. 5, o ar gue entra no interior do tarnoor (10) é inicialmente dirigido para a zona situada imediatamente por cima da superfície do material (14), onde a combustão é mais activa. Isto faz aumentar a velocidade de rotação no sentido do movimento dos ponteiros do relógio no interior do tambor de combustão (Id), promovendo a mistura dos gases.
modelo de realização gue se encontra representado nas Fias. 34 e 38 utiliza técnicas de const^ucão convencionais para a formação da parede cilíndrica (23). Oeste modo, são usados cordões de soldadura (65) para a fixação das membranas de barra de aço per fura fias (6 6) aos tubos (24) de maneira a formar as interligações (51) através das ouais os aases podem passar. As aperturas inclinadas caracteristicas do presente invento são constituídas pelas perfurações (52') praticadas na membrana de aco (55).
Nas Figs. 4A e 43 encontra-se representado um método alternativo de construção de uma parede lateral (23) de acordo com o presente invento.No caso deste modelo de realização as interligações (51), através das ouais os qases podem passar, são formadas soo a forma de prolongamentos dos tubos de arrefecimento (24') que fazem parte inteqrante desses mesmos tubos. As aberturas inclinadas (52') são nc caso deste segundo modele de realização, formadas traba I hando-se necan i camente os pordos das alhetas (68) de preferencia de maneira a determinar a formação de superfícies planas nos pontes de contacto. Esse trabalno mecânico pode ser realizado por meio de qualquer técnica já connecida, incluindo o corte por meio de raios laser ou a utilização de máquinas-ferramentas. As alhetas (68) podem ser ligadas umas âs outras de modo a formarem inter1igações (51), atrav$s das quais os qases pedem passar, Der eic da aplicação cie técnicas de soldadura convencionais, incluindo a soldadura por meio de raios laser, do modo a formar-se soldaduras (70) nos pontos de contacto entro as alnotas (63). da patente U.S. 3.ól4.0õ2 de '/ollhardt podem ser encontrados exemplos da maneira ccmo se podem construir paredes de caldeiras utilizando tubos ainetados.
fos modeles do realização que se acham representados nas r i g s . 3 A - 43, as aoerturas (52') são formadas soP a forma de uma fiada única de rascos ccm uma secção transversal de forma recta nau lar. ido entanto o invento não é limitado à forma e disposição das aperturas cue aqui se acnam representadas, aρ 1 icando-se tamoém a a Dertu ras de secção circular cu polioonal nao-rectanaular, Dem como a múltiplas ou a escalonadas fiadas de aoerturas.
As muitas caracteristicas e vantagens do presente invente tornam-se evidentes a ρ a r t i r da descrição pormenorizada que acaba de ser feita e por conse uuinte o objectivo das reivindicações anexas consiste em cobrir todas essas caracteristicas e vantaoers do dispositivo que se acham incluídas no e s p i r i t o e no âmo 11o dc invento. Além disso, uma vez que acs entendidos na matéria podem ocorrer numerosas modificações e alterações, não se pretende limitar o invento apenas às formas de construção e de funcionamento aqui ilustradas e descritas. Per conseguinte todas as modificações e soluções equivalentes antiquadas deverão ser consideradas como incluídas no âmbito e no espirito do inven-
Claims (3)
- REIVIND1CAC0ES l9. - Câmara de combustão rotativa que apresenta uma parede lateral cilíndrica que determina a formação de um tambor de combustão próprio para a incineração de materiais sólidos com um gás de combustão proveniente de uma alimentação de gás de combustão que penetra no interior i do tambor de combustão através da referida parede lateral a fim de garantir a combustão dos referidos materiais; apresentando o referido tambor de comtistão uma extremidade de admis; são e uma extremidade de descarga e encontrando-se a referida ί parede lateral ligada a um sistema de arrefecimento que comj preende um equipamento permutador de calor e que roda num j sentido de rotação em torno de um eixo de rotação central, j uma série de tubos de arrefecimento que se estendem longitu! dinalmente afastados uns dos outros e com os respectivos í eixos longitudinais orientados paralelamente uns aos outros íj e que se encontram liqados ao referido sistema de arrefeciII mento em pelo menos uma das referidas extremidades de admisliH são e de descarqa; e uma série de interligações, através 1 das auais os gases podem passar, que se acham colocadas entre os referidos tubos de arrefecimento e que apresentam umas aberturas; caracterizada por as referidas aberturas se acharem inclinadas deraneira a fazer com que o qás de combustão vá ser enviado da referida alimentação de gás de combustão para o interior do referido tambor de combustão segundo uma direcção que faz um ângulo agudo com um vector correspondente â direcção de rotação do referido tambor de combustão.
- 29. - Câmara de combustão rotativa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o referido ângulo agudo apresentar um valor geralmente compree£ dido entre 60 e 20°.
- 3a. - Câmara de combustão rotativa, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por as referidas aberturas apresentarem uma secção transversal de forma rectangular.-144â. - Câmara de combustão rotativa, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por as referidas aberturas serem alongadas segundo a direcção axial.Lisboa, 22 de Agosto de 1988
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