PT90683A - Separador por ciclone com paredes arrefecidas por agua-vapor - Google Patents

Description

TITULAR: FOSTER WHEELER ENERGY CORPORATION EPÍGRAFE: "SEPARADOR POR CICLONE COM PAREDES ARREFECIDAS POR AGUA-VAPOR"

MEMÓRIA DESCRITIVA

Referência Cruzada a um Pedido Relacionado

Este pedido é uma continuação em parte do Pedido co--pendente da requerente com o N°. de Série 069.930, depositado em 6 de Julho de 1987.

Antecedentes do Invento

Esta invenção refere-se a um separador por ciclone e, mais particularmente, a um tal separador para separar as partículas sólidas de combustível dos gases descarregados de um sistema de combustão ou de outro sistema semelhante.

Os separadores por ciclone convencionais são geralmen te munidos de uma parede externa monolítica de material refractã rio, que é resistente à abrasão, e isolante, pelo que o envõlu-cro exterior se mantém relativamente frio. Tipicamente, estas paredes são formadas de um material isolante, refractãrio, metido em "sandwich" entre um material refractãrio interior forte e um envólucro metálico exterior. Para obter o isolamento adequado, estas camadas devem ser relativamente espessas, o que aumenta o 1

tamanho, peso e custo do separador. Além disso, o envólucro de metal exterior destes aparelhos não pode ser mais isolado do exterior visto que, para o fazer, isso poderia provocar a eleva ção da sua temperatura até um valor tão elevado como 1500°F, va lor que está muito para além da temperatura máxima que este pode tolerar.

Além disso, a maioria dos separadores por ciclone convencionais requerem trabalhos de canalização revestida a material refractário relativamente dispendiosos e a altas tempera turas, e de juntas de expansão entre o reactor e o ciclone, e entre o ciclone e a secção de recuperação de calor, que são bajs tante sofisticados e dispendiosos. Mais ainda, os separadores convencionais, como acima descrito, requerem bastante tempo de aquecimento antes de entrarem em funcionamento, de modo a evitar o fendilhamento prematuro das paredes refractárias, o que é inconveniente e aumenta o custo do processo. Do mesmo modo, sepa radores por ciclone deste tipo podem requerer um circuito de tu bos, na cobertura, separado, o que aumenta ainda mais o custo do sistema.

Sumário da Invenção E, portanto, um objectivo deste invento proporcionar um separador por ciclone no qual as perdas de calor são reduzidas, e a necessidade de isolamento refractário interno é minimjL zada. E ainda outro objectivo deste invento proporcionar um separador por ciclone, do tipo acima descrito, no qual o tamanho, peso e custo do separador são muito inferiores aos dos 2

ο separadores convencionais. E ainda outro objectivo do presente invento proporcionar um separador por ciclone, do tipo acima descrito, em que a necessidade de trabalhos de canalização revestida a material refractário, a alta temperatura, dispendiosos, e de juntas de expansão, entre a fornalha e o separador ciclone, e entre este último e a secção de recuperação de calor, é minimizada. E ainda outro objectivo da presente invenção proporcionar um separador ciclone, do tipo acima descrito, em que é eliminada a necessidade de um circuito, tipo cobertura, separado .

No sentido de dar cumprimento a estes e outros obje-ctivos o separador da presente invenção inclui um cilindro exte rior e uma conduta interior, dispostos numa relação coaxial espaçada, para definirem uma câmara anelar, para receber gases ar rastando partículas sólidas no seu interior. O cilindro exteri_ or compreende uma pluralidade de tubos que se estendem vertical^ mente numa relação paralela, pelo menos numa parcela dos seus comprimentos, e uma peça de encabeçamento é instalada no topo do cilindro formado pelos tubos, para circulação da água de arrefe cimento ou vapor, através dos tubos. Uma parte dos tubos é cur vada a partir do plano do cilindro exterior, para formar uma a-bertura de admissão, numa relação tangencial com a câmara anelar, para receber os gases contendo as partículas sólidas. A mistura de gases e de partículas sólidas é dirigida através da câmara anelar, para separar as partículas sólidas dos gases, por forças centrífugas, pelo que as partículas sólidas caiem para a parte inferior do cilindro exterior, para serem removidas ou 3 recicladas, e os gases circulam ascendentemente através da con duta interior. Os tubos que formam o cilindro exterior são cur vados para formarem uma cobertura para a câmara anelar, e uma câmara de descarga para os gases separados.

Breve Descrição das Peças Desenhadas A breve descrição acima, bem como outros objectivos, características e vantagens da presente invenção serão mais bem apreciados com referência â seguinte descrição detalhada da incorporação presentemente preferida, mas não menos ilustrativa, de acordo com a presente invenção, em conjunto com os desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 é uma perspectiva esquemática do separador por ciclone da presente invenção, e de uma área de recupera ção de calor adjacente, de um sistema de caldeira; A Figura 2 é uma perspectiva alargada dos tubos, for mando o cilindro exterior do separador da Figura 1; e A Figura 3 é uma vista alargada de um corte feito ao longo da parte da parede do cilindro exterior, da Figura 2, des_i gnado pela linha 3-3, e mostrando os materiais isolantes que rodeiam os tubos.

Descrição da Forma de Realização Preferida

Com referência âs Figuras 1 e 2 dos desenhos, o nume ro de referência 10 refere-se, em geral, ao separador por ciclo ne, da presente invenção, que inclui um anel de topo inferior 12, e uma peça de topo superior 14. O anel 12 estende-se imedia tamente acima, e esta ligado a, uma tremonha 16, que se encontra 4 !

na parte inferior do separador 10.

Um grupo de tubos que se estendem verticalmente, espaçados, e paralelos 20, estão ligados, nas suas extremidades inferiores, ao anel de topo 12, e estende-se verticalmente na maior parte dos seus comprimentos, para formar um cilindro circular perfeito 22.

Uma parte dos tubos 20 é curvada para fora do plano do cilindro 22, como é mostrado pelos números de referência 20a, e, como representado na Figura 2, aproximadamente metade dessas parcelas de tubo curvadas são curvadas para além da outra metade, para formar uma passagem de admissão 24, para o interior do cilindro, por razões que serão descritas.

No topo superior do cilindro 22, os tubos 20 são cur vados radialmente para o interior, como mostrado pelo número de referência 20b, e, seguidamente,para cima, como mostrado pelo núme ro de referência 20c, para definir uma abertura circular que, como é obvio, tem um diâmetro inferior ao do cilindro 22. Os tu bos 20 são então curvados radialmente para o exterior, como representado pelo número de referência 20d, e uma parte dessas par celas de tubo curvadas 20d são curvadas para cima, como mostrado pelo número de referência 20e. Como está mais bem ilustrado na F_i gura 2, as parcelas de tubos principais, 20e, formam, aproximadamente, metade de um cilindro circular perfeito, 26. As restantes porções das parcelas de tubo curvadas, 20d, que se estendem horizontalmente, são curvadas em ângulos perfeitos, num plano horizontal, e, em seguida, verticalmente, como representado pelo núme ro de referência 20f, para formar duas paredes que se estendem verticalmente, espaçadas, uma das quais é representada pelo núme- 5

ο ro de referência 28. As parcelas de tubo 20e, e as que se estendem verticalmente, 20f, são curvadas para formar parcelas de tubo horizontais, 20g, que formam uma cobertura 30 para um recinto 32, definido pelas parcelas de tubo 20d, o cilindro parcial 26, e as paredes 28. O recinto 32 tem uma abertura de admissão 32a, que faz a descarga para uma área de recuperação de calor, represen tada em geral pelo número de referência 36. A peça de topo inferior 12 pode então ser ligada a uma fonte de fluído de arrefecimento, tal como água, que passa da peça de topo 12 através dos tubos 20, e para a peça de topo superior 14, que é transformada numa peça de topo 37, formando uma porção dos circuitos de circulação de água, da área de recu peração de calor 36.

Uma conduta interna, ou barril, 38, está disposta dentro do cilindro 22, e é formada de um material sólido, metálico, tal como aço inoxidável, e tem a sua extremidade superior estendendo-se ligeiramente acima do plano das parcelas de tubo 20d. A conduta 38 estende-se imediatamente adjacente às parcelas de tubo 20c, e o seu comprimento coincide substancialmente com a passagem de admissão formada pelas parcelas de tubo curva das 20a. Assim, uma câmara anelar 34 é formada entre a superfí_ cie exterior da conduta 38, e a superfície interior do cilindro 22, e as parcelas de tubo 20b formam uma cobertura para a referida câmara.

Os tubos 20 estão dispostos entre um material isolan te e uma estrutura de prevenção contra a erosão, que são omitidos na Figura 2, por conveniência de apresentação, mas que es- iit th

Mais particularmente, uma ale-desde as paredes corresponden- tão representados na Figura 3. ta 40 é soldada a, e estende-se tes de cada par de tubos adjacentes 20. Um revestimento, ou painel, 42, de material ligeiro, tal como o alumínio, é propor cionado numa relação ligeiramente espaçada com o plano dos tubos 20, e um material isolante do calor 44 esta disposto entre a superfície exterior dos tubos 20, e a parede interior do revestimento 34. Uma série de telhas 46 estende-se duma forma adjacente em relação â parede interior do cilindro 22, e está ligada por ancoragem (48), que se estende desde as paredes internas dos tubos 20. Uma camada de material refractario 50 es_ tá disposta entre as telhas 46 e os tubos 20.

Em operação, e considerando que o separador 10 da presente invenção, faz parte de um sistema de caldeira incluindo um reactor de leito fluidificado, ou semelhante, disposto de uma forma adjacente ao separador, a passagem de admissão 24, formada pelas parcelas curvadas 20a dos tubos, recebe gases quentes do reactor que contêm, por arrastamento, combustível O particulado, sólido, fino, cinzas, pedra calcária, etc., prove niente do leito fluidificado. Os gases contendo o material par ticulado entram, assim, e redemoinham em volta da câmara anelar 34, definida entre o cilindro 22, e a conduta interna 38, e as partículas sólidas arrastadas são impelidas por forças centrífugas contra a parede interna do cilindro 22, onde se acumulam e caiem, descendentemente, por gravidade, para dentro da tremo nha 16. Os gases relativamente limpos que permanecem na câmara anelar 34 são impedidos de circular, no sentido ascendente, pela cobertura formada pelas parcelas de tubos 20b, e suas cor- 7

Ή respondentes aletas 40, entrando, assim, no conduta 38 pelo seu extremo inferior. Os gases passam, assim, através da extensão da conduta 38, antes de saírem do extremo superior da conduta para o recinto 32, que dirige os gases quentes radialmente para fora, para a área de recuperação de calor 36.

Faz-se circular água ou vapor, proveniente de uma fonte exterior, no interior da peça de topo inferior 12, passando no sentido ascendente através dos tubos 20, antes de sa_i rem, via a peça superior 14, para a peça de topo 37, da área de recuperação de calor 36. A água mantém, assim, o cilindro 22 e o recinto 32 a uma temperatura relativamente baixa. Várias vantagens resultam da disposição apresentada. Por exemplo, o separador da presente invenção reduz as perdas de calor e minimiza o recurso ao isolamento interno refractário.

Além disso, o tamanho, peso e custo do separador do presente invento são muito inferiores aos dos separadores convencionais O separador da presente invenção minimiza também a necessidade de trabalhos de canalização revestida a material refractário, a alta temperatura, dispendiosos, e de juntas de expansão entre o reactor e o separador ciclone, e entre este último e a secção de recuperação de calor. Mais ainda, utilizando as parcelas de tubos, 20b, para formar uma cobertura para a câmara anelar 34, entre o cilindro 22 e a conduta 38, a necessidade de um circuito adicional na cobertura é eliminada.

Uma latitude de modificação, alteração e substituição é incluída na descrição precedente e, nalguns casos, algumas características da invenção serão utilizadas sem um uso cor respondente de outras características. 8

Claims (5)

1. De acordo com isto, é conveniente que as reivindica ções anexas sejam construídas de um modo geral e de uma forma consistente com o âmbito desta invenção. REIVINDICAÇÕES 1- Um separador por ciclone, caracterizado pelo facto de compreender um cilindro interior, um cilindro exterior que se estende em redor do dito cilindro interior, numa relação coaxial, para definir uma câmara anelar entre os dois cilindros, compreendendo o referido cilindro exterior vários tubos que se estendem em posição vertical, numa relação paralela, em, pelo menos, uma parcela dos seus comprimentos, sendo uma parte dos ditos tubos dobrada a partir do plano do referido cilindro exterior, para formar uma abertura de admissão, numa relação tan gencial à dita câmara anelar, para receber gases contendo partículas sólidas, e para os dirigir através da dita câmara anelar, para separação das partículas sólidas dos referidos gases por forças centrífugas, saindo os gases separados através do referido cilindro interior, e caindo os sólidos separados para a base do referido cilindro exterior, para serem removidos ou reciclados, sendo as parcelas superiores de topo dos ditos tubos dobradas para formar uma cobertura para a referida câmara anelar, e para formar uma câmara de saída para os gases separa dos, e dispositivos para circulação de água ou vapor, através 9 dos ditos tubos, para arrefecer o referido cilindro exterior.
2. 2- Um separador, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto de as porções das referidas parcelas de tubo dobradas se estenderem do referido cilindro interior para a parede do referido cilindro exterior, para formar a dita cobertura.
3. 3- Um separador, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto dos ditos tubos estarem dispostos numa relação de espaçamento.
4. 4- Um separador, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto de compreender, ainda, uma aleta contí^ nua estendendo-se entre as parcelas correspondentes dos tubos adjacentes, para formar uma estrutura estanque aos gases.
5. 5- Um separador, conforme reivindicado na reivindicação 4, caracterizado pelo facto de compreender, ainda, meios refractá-rios estendendo-se em redor das superfícies interior e exterior do referido cilindro exterior. J Lisboa, 30 de Maio de 1989

   inui