PT93123A - Queimador rotativo e processo para a fabricacao do mesmo - Google Patents

Description

Descrição referente à patente de in venção de WESTINGHOUSE ELECTRIC COR PORATION, norte-americana, industrial e comercial, estabelecida em Westinghouse Building, Gateway Cen-ter, Pittsburgh, Pennsylvania 15222, Estados Unidos da América, (invente» res: Graham Anthony Whitlow e Suh Yong Lee, residentes nos E.U.A.), para: «QUEIMADOR ROTATIVO E PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DO MESMO1'.

Descrição A presente invenção refere-se a um queimador rotati^ vo e, mais particularmente, a uma parede de um queimador rotati^ vo formada a partir de tubos arrefecidos por água, que tem furos entre tubos adjacentes para o escoamento dos gases para o interior do queimador* A utilização de fornos arrefecidos por água para o material de resíduos para eliminar, tais como resíduos solidos municipais ou resíduos tóxicos tem dado resultados excelentes. Numa construção particular de um tal queimador, descrita na patente US k 822 65I, utilizam-se tubos arrefecidos por água para formar uma superfície interior genericamente cilíndrica para a combustão dos resíduos, enquanto se injecta ar para a combustão através da superfície cilíndrica, através de perfurações nas abas de ligação que fixam mutuamente tubos adjacentes* Tais queimadores tornaram-se conhecidos por queimadores Westinghou-se-0*Connor ou, abreviadamente, W-OCC. 0 queimador W-OCC, do ti 1

po dos queimadores rotativos, está ilustrado genericamente na patente US 3 822 651 e prevê que os tubos arrefecidos por água sejam fixados entre si por meio de réguas ou tiras planas perfu radas que definem um certo número de aberturas entre os tubos, de modo que a superfície cilíndrica interior é permeável aos ga ses. Através da superfície porosa são fornecidas quantidades controladas de gás para a queima, para efectuar a combustão do material alimentado para o interior. Na prática corrente, os tu bos arrefecidos por água e as uniões por abas de ligação consis tem num cordão de soldadura nas superfícies interior e exterior. As perfurações na parede dirigem o ar de combustão de entrada proveniente de uma caixa de ar colocada sobre o fogo para a superfície de combustão dos resíduos, enquanto que o ar sob o fogo é dirigido para o interior dos resíduos.

Tem sido introduzidos vários aperfeiçoamentos no queimador descrito na patente US 3 822 65I· Na patente US 4 4 O66 024, formou-se uma parede não perfurada com um queimador do tipo de leito fluidificado e uma carga de areia usado para a pirélise de material residual. Na patente US 4 266 584 propor-ciona-se um certo número de saliências na superfície cilíndrica, de modo a criar um padrão para suportar material em combustão ligeiramente afastado da superfície e impedir o bloqueio do fluxo de ar no queimador. Na patente US 4 724 778 descreve-se um sistema para o controlo do ar que minimiza substancialmente a perda resultante do fornecimento de ar em excesso, e permite o controlo selectivo do ar sob o fogo e do ar sobre o fogo, bem como dando um controlo de zona do fluxo do ar para estádios diferentes da combustão. Na patente US 4 735 1Ú6, a extremidade inferior dos tubos é formada de modo que a superfície genericamente cilíndrica se transforma numa superfície cénica na extremidade inferior do queimador e as aberturas nas tiras que ligam entre si os tubos arrefecidos por água aumentam de dimensões na extremidade inferior do queimador. Na patente US 4 735 3-57, pro, porciona-se um certo número de tubos de resguardo arrefecidos por água e uma conduta comum anular associada esférica, com os tubos de resguardo fixados no interior da parede lateral generi ] camente cilíndrica do tambor, de modo a agitar e transportar ma 2 cr:; Γ S; terial combustível da parede lateral do tambor de combustão para o interior da área de chama. Na patente US k 782 768, propor cionam-se aberturas inclinadas nas abas de ligação dos tubos arrefecidos por água de modo a dirigir os gases da combustão pa ra o interior do tambor de combustão segundo um ângulo agudo para um vector correspondente ao sentido de rotação do queimador.

Na patente US h 726 765» © considerado um problema particular do alumínio fundido resultante de uma combustão de resíduos municipais. Como aí se descreve, os resíduos sólidos municipais contêm quantidades significativas de alumínio, prove nientes de latas e outras formas de embalagens, acumulando-se o alumínio fundid· proveniente da combustão dos resíduos na par te inferior do tambor que pode transbordar através das aberturas para o ar na parede do tambor para o interior das condutas de ar. 0 aperfeiçoamento a que se refere a patente US h J26 765 proporciona paredes baixas em tomo das extremidades lateral e superior dos furos, sendo a extremidade superior das paredes de preferência arredondadas, de modo a impedir que o material fundido, tipicamente alumínio, se escoe ou goteje através dos furos para a caixa de ar.

Embora todos estes aperfeiçoamentos do queimador W-OCC desempenhem as funções para que foram concebidos, um fac-tor que se mantém é a operação demorada de soldadura das abas de ligação nos tubos arrefecidos por água adjacentes para formar a superfície cilíndrica interior. Tais abas de ligação são geralmente de material em forma de barras achatadas com uma lar gura de cerca de 2,54 a 3f8l cm (lM a 1,5”) © ama espessura de 1,27 cm (0,5")> tendo as extremidades de ser preparadas para as suas soldaduras nos tubos com um diâmetro exterior de cerca de 5,08 cm (2"). Também, as abas de ligação perfuradas estão muitas vezes sujeitas a um desgaste excessivo, não tendo uma duração tão grande como seria de desejar.

Um objecto da presente invenção consiste em proporcionar um queimador que possui ligações perfumadas entre tubos arrefecidos por água adjacentes que proporcionam uma duração • maior. = 3 =

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Outro objecto da presente invenção consiste em proporcionar um queimador que afasta o alumínio fundido das perfurações entre tubos arrefecidos por água e evita o problema da re moção do alumínio que transborda para a caixa de ar.

Um outro objecto ainda da presente invenção consiste em proporcionar um processo para a fabricação aperfeiçoada e pa ra a montagem de um queimador, que permite um processo de solda dura mais simples entre tubos arrefecidos por água adjacentes e elementos de ligação que formam a superfície interior genericamente cilíndrica do queimador.

Um queimador rotativo tem uma parede formada a partir de um certo número de tubos arrefecidos por água que são fixados entre si para definir uma superfície cilíndrica, com tiras perfuradas usadas para fixar os tubos uns aos outros e proporcionar o escoamento dos gases para o interior da câmara de combustão, tendo as tiras a forma de barras metálicas de forma cilíndrica.

Numa forma de realização da presente invenção, as perfurações têm a forma de aberturas feitas através das barras metálicas de forma cilíndrica e as soldaduras feitas completamente ao longo do comprimento das barras. Numa segunda forma de realização, as perfurações têm a forma de espaços ou ranhuras entre segmentos afastados adjacentes de barras, sendo os segmentos das barras de forma cilíndrica soldados em tubos arrefecidos por água adjacentes. Numa outra forma de realização, as perfurações tem a forma de espaços ou intervalos entre soldaduras que são feitas a intervalos espaçados ao longo das barras de forma cilíndrica e dos tubos arrefecidos por água adjacentes.

Os tubos arrefecidos por água adjacentes têm um diâmetro substancialmente disposto ao longo de um arco comum e as barras metálicas de forma cilíndrica têm um diâmetro que está de preferência disposto ao longo do mesmo arco. 0 processo de fabricação de uma parede de um queimador rotativo inclui a colocação das barras de forma cilíndrica entre tubos arrefecidos por água adjacentes paralelamente aos ejL . xos dos tubos, com os diâmetros dos tubos adjacentes e das bar- = 4 =

ras de forma cilíndrica substancialmente disposto ao longo de um arco comum, a previsão de perfurações entre tubos adjacentes e a soldadura da barra metálica de forma cilíndrica nos tubos adjacentes· A presente invenção será melhor compreendida a partir da descrição seguinte de formas de realização preferidas da mesma, dadas apenas a título de exemplo, com referencia aos desenhos anexos, cujas figuras representam: A fig, lf em vista esquemática em alçado de topo coni corte transversal de um queimador rotativo segundo a presente invenção; A fig* 2, uma vista em perspectiva de um fragmento da primeira forma de realização da presente invenção 5 A fig* 3» uma vista em perspectiva de uma vista par ciai de uma outra forma de realização da presente invençãoj e A fig. 4, uma vista em perspectiva de uma parte de uma outra forma de realização da presente invenção.

Fazendo agora referência à fig. 1, um queimador rota tivo (l) inclui uma parede genericamente cilíndrica do queimador constituída por um certo número de tubos (5) arrefecidos por água que estão ligados entre si por tiras (7) ao longo de eixos paralelos de modo a formar uma superfície genericamente cilíndrica (9)· 0 queimador rotativo (l) está adaptado para rodar e, em consequência dessa rotação, o material residual (ll) a queimar é revolvido lentamente e deslocado axialmente ao longo da superfície interior genericamente cilíndrica (9) para a sua com bustão com ar. 0 ar para a combustão é fornecido por caixas de ar (13) dispostas por baixo do queimador (3)» com registos (15) proporcionados nas caixas de ar para controlar o fluxo de ar.

As caixas de ar recebem o ar de combustão sob pressão a partir de um ventilador (não representado), sendo essa pressão mantida por meio de tiras de vedação (17) que se estendem pelo menos pelo comprimento de uma caixa de ar (13) e ajudam a formar uma vedação sob pressão contra os bordos (19) da caixa de ar (13), . de modo que o ar de combustão carregado através das caixas de = 5 =

ar (13) entra no queimador (l) como se indica pelas setas na fig* 1. Os gases de saída gerados pela combustão do material de resíduos (ll) estão contidos numa caixa (2l) suportada por uma armação (23). 0 ar abaixo do fogo é dirigido para o interior dos resíduos, como se indica do lado esquerdo na fig· 1, enquanto que o ar sobre o fogo é dirigido para a superfície de combustão dos resíduos, como se indica do lado direito· 0 ar de combus; tão é dirigido das caixas de ar (13) através de aberturas intermédias (25) entre os tubos (5)» proporcionando assim uma poros^ dade para os gases através da superfície interior genericamente cilíndrica (9).

Segundo a presente invenção, as tiras (7) têm a for ma de barras (27) de forma genericamente cilíndrica que estão fixadas em tubos (5) arrefecidos por água adjacentes, paralelamente aos eixos dos tubos, por soldaduras (29) (fig. 2), Na for ma de realização ilustrada na fig· 2, as barras de forma generi camente cilíndricas (27) estão fixadas a tubos (5) arrefecidos por água adjacentes por soldaduras (29) que se estendem comple-tamente ao longo dos tubos (5) arrefecidos por água e das barras (27), para fechar a parede (3) do queimador, com perfurações entre os tubos (5) arrefecidos por água formadas por aberturas (31) feitas através das barras (27) de forma cilíndrica a partir da superfície exterior (33)» através da sua superfície interior (35)· As aberturas (3l) podem ser feitas com uma broca, cortadas por raios laser, ou por outro processo, nas barras (27) de forma cilíndrica antes da soldadura aos tubos (5) adjacentes ou depois dessa soldadura, podendo ter a forma de abertu ra circulares ou ranhuras de qualquer forma desejada· A soldadu ra das barras (27) de forma cilíndrica nos tubos arrefecidos por agua adjacentes faz—se de preferência de modo a deixar uma calha (37) entre uma face (39) de um tubo arrefecido por água e uma face adjacente (kl) de uma barra (27) de forma cilíndrica. Neste caso, se se produzir alumínio fundido, por exemplo proveniente da incineração de latas de bebidas, o alumínio fundido tendera a escorrer para a calha (37) a partir das faces (39) e (4l), afastando-se das aberturas (31). Esse alumínio fundido se . r^-a recolhido na calha (37) e escoar-se-ia desse modo para um = 6 =

sítio distante das caixas de ar (l3)» reduzindo assim ou eliminando o problema das perdas de tempo para a remoção desse alumí nio fundido das caixas de ar. N· processo para a fabricação da parede (3) do queimador formada a partir de um cato número de tubos (5) arrefecidos por água fixados uns aos outros ao longo de eixos paralelos para definir a superfície interior (9) genericamente cilíndrica, o s tubo s (5), por exemplo tubos com um diâmetro interior de 5*08 cm (2,0H), alternam com barras de 2,54 cm (l” ). Os tubos e as barras são soldados entre si por qualquer processo de soldadura, por exemplo a soldadura MIG (Metal-Inert Gas-Welding - soldadura por metal em gás inerte) convencional, soldadura por arco de plasma (buraco de fechadura até ao ponto de tangência) com adições de metal de enchimento, ou soldadura por raios laser com adições de metal de enchimento. Descreve-se uma técnica de soldadura por raios laser particularmente utilizável na patente US 4 737 <512 do cessionário da presente invenção, modificada para ε geometria particular aqui descrita·

Para fabricar a parede do queimador, alinham-se vários tubos arrefecidos por água uns adjacentes aos outros ao longo de eixos paralelos e colocam-se entre os referidos tubos adjacentes barras metálicas de forma cilíndrica. O uso de tubos cir culares e de barras de forma cilíndrica proporciona uma ranhura em forma de V junto do seu ponto de contacto para obter uma soldadura eficiente. Os tubos e as barras são de preferência alinha dos de modo tal que os tubos adjacentes tenham um diâmetro substancialmente disposto ao longo de um arco (a) comum e com a barra metálica de forma cilíndrica tendo um diâmetro substancialmente disposto ao longo do mesmo arco (fig. l). As perfurações são proporcionadas entre tubos adjacentes, sob a forma de aberturas na fig. 1, através das barras de forma cilíndrica sendo as barras soldadas a tubos adjacentes. As aberturas (31) são perpendiculares ao arco ao longo do qual estão dispostos os tubos arrefecidos por água e as barras de forma cilíndrica, podendo ser inclinados, como se descreve na patente US 4 782 768 do mesmo autor da presente invenção.

Embora o custo da matéria prima das barras de forma ci- « 7 =

líndrica seja um pouco maior que o do material de barra chata, usado nos queimadores actuais, este aumento terá um impacto eco_ nómico pequeno quando incluído no custo do queimador e considerando as potenciais reduções de custo resultantes do aperfeiçoa mento aqui descrito.

Embora as barras possam ser de aço de carbono, a utilização de um material resistente à corrosão, tal como Inco-nel 625, para as barras de forma cilíndrica, aumentaria a duração em serviço de muitas ordens de grandeza, em comparação com as barras actuais de aço carbono para ligar os tubos do queimador.

Além da facilidade e perfeição da solução da fabricação soldada, uma vantagem principal da utilização de elementos de ligação de forma cilíndrica entre os tubos arrefecidos por água é a resistência à corrosão e à erosão. 0 problema da redução da espessura 4a secção das tiras quando aumenta o tempo de exposição devida à oxidação acelerada pelo cloro e à erosão nos queimadores existentes está a ter cada mais consideração. Como o mecanismo da corrosão depende da temperatura, a zona de desgaste mais severo do metal das tiras de ligação existentes situa-se ao longo do eixo da tira. Isso porque é aí que se regista a temperatura máxima, devido ao facto de o arrefecimento do elemento de ligação ser mais eficiente junto dos tubos arrefecidos por água e menos eficiente à distância máxima dos tubos, isto é, na faixa das tiras. 0 problema desta corrosão das ligações é discutido com mais pormenor no pedido de patente oopen-dente N9 l6l 538» depositado em 29 de Fevereiro de 1988 (W.E. 5^ 1^3) concedido ao autor da presente invenção. Na presente in venção, que utiliza barras metálicas de forma cilíndrica entre os tubos arrefecidos por água, a espessura máxima do elemento de ligação está colocada no mesmo sítio em que se verifica o má ximo desgaste, isto é, no eixo. Assim os tempos de manutenção entre substituições ou recondicionamento dos elementos de ligação entre os tubos são muito alongados, melhorando a economia e a qualidade do queimador. &

Numa segunda forma de realização do queimador segun do a presente invenção, as perfurações para o escoamento do ar = 8 = para o interior da câmara de combustão são proporcionadas utili zando segmentos espaçados da barra metálica de forma cilíndrica. Como se ilustra na fig. 3» a barra metálica (27) de forma cilíndrica tem a forma de vários segmentos (43) espaçados axialmente ao longo do comprimento dos tubos arrefecidos por água (5)» com as perfurações proporcionadas por ranhuras (45) que são formadas pelo espaço entre segmentos (43) adjacentes. As soldaduras (29) fixam cada um dos segmentos (43) a tubos (5) adjacentes, de modo que apenas as ranhuras (45) ficam disponíveis para o ejs coamento de gases para o interior da câmara do queimador. As ranhuras (45) podem ter quaisquer dimensões e qualquer geometria.

Numa outra forma de realização, ilustrada na fig, 4, as barras (27) de forma cilíndrica estão fixadas em tubos arrefecidos por água (5) adjacentes, por meio de soldaduras discon-tínuas para proporcionar as perfurações necessárias para o escoe. mento do ar para o interior do queimador. Como está ilustrado, proporcionam-se intervalos (47) entre as soldaduras (29) ao lon go do comprimento das barras (27) de forma cilíndrica, com os intervalos (47) formados para espaçamento entre tais soldaduras adjacentes. Os intervalos (47) estendem-se desde o exterior do queimador (l), através da câmara interior e permitem o fluxo de ar para o interior da câmara para a combustão dos resíduos nela contidos. A presente invenção proporciona um queimador com pe ríodos de manutenção entre as alturas em que é necessário substituir ou recondicionar os elementos de ligação entre os tubos arrefecidos por água devido as perdas de metal, devido à coloca ção da máxima espessura dos elementos de ligação dos tubos nos sítios onde são maiores as perdas de metal. Também resulta uma diminuição dos custos de fabrico devido à eliminação das preparações dos bordos necessárias nos elementos de ligação formados por tiras chatas, com soldaduras comparáveis, se não melhores, e com uma melhor transferência do calor. Além disso, pela utili zação da primeira forma de realização descrita, a potencial eli minação do problema do transvasamento do alumínio fundido para as caixas de ar, pela colocação das perfurações nos elementos = 9 =

Claims (1)

1. de ligação no seu ponto mais elevado, podendo então o alumínio ser fácil e seguramente canalizado ao longo do queimador para o cinzeiro# REIVINDICAÇÕES - 1* - Queimador (l) que possui um certo número de tubos (5) arrefecidos por água fixados entre si ao longo de eixos paralelos para definir uma superfície interior genericamente cilíndrica (9)» estando os referidos tubos (5) fixados entre si por meio de tiras perfuradas (7) de modo a definir um certo número de aberturas intermédias (25) entre os referidos tubos (5)1 proporcionando assim uma porosidade para os gases através da re ferida superfície cilíndrica (9)» caracterizado por as referidas tiras (7) compreenderem barras cilíndricas metálicas (27) fixadas por meio de soldaduras (29) aos tubos adjacentes (5)i paralelamente aos referidos eixos e por as perfurações serem proporcionadas entre os referidos tubos (5)· - 2§ - Queimador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as perfurações serem proporcionadas por aberturas (31) formadas através das referidas barras metálicas cilíndricas (27). - 3» - Queimador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as referidas barras metálicas cilíndricas (27) serem constituídas por um certo número de segmentos (43) das barras (27) afastados e as referidas perfurações serem proporcionadas por ranhuras (45) formadas entre os segmentos (4-3) afastados adjacentes# — 4§ _ Queimador de acordo com a reivindicação 1, caracte-* rizado por as referidas barras metálicas cilíndricas (27) serem 10

   soldadas nos referidos tubos (5) a intervalos espaçados ao longo dos mesmos e as referidas perfurações serem proporcionadas por intervalos (47) formados entre as referidas soldaduras (29) adjacentes. _ eja _ Queimador de acordo com a reivindicação 1, caracte-rizado por as referidas barras metálicas cilíndricas (27) serem feitas de um material resistente à eorrosão. - 6s - Queimador de acordo com a reivindicação 5» caracte-rizado por o referido material resistente à corrosão ser Inco- nel 625. - 7- - Queimador de acordo com a reivindicação 1, caraete-rizado por os refex*idos tubos (5) adjacentes terem um diâmetro substancialmente disposto ao longo de um arco comum e uma das referidas barras metálicas cilíndricas (27) ter um diâmetro substancialmente disposto ao longo desse arco. - 8» - Processo para a fabricação de uma parede (3) de queimador rotativo formado por um certo número de tubos (5) fixados entre si ao longo de eixos paralelos para definir uma superfície interior genericamente cilíndrica (9)» caracterizado por: se dispor uma barra metálica cilíndrica (27) entre tubos (5) adjacentes, paralelamente aos referidos eixos, teçdo ca da um dosttubos adjacentes (5) um diâmetro substancialmente dis posto ao longo de um arco e tendo a referida barra metálica cilíndrica um diâmetro disposto substancialmente ao longo do vefe rido arco; se proporcionarem perfurações entre os referidos tubos (5) adjacentes; e se soldar a referida barra metálica cilíndrica (27) nos . referidos tubos adjacentes (9)· 11

   > -9-- Processo de acordo com a reivindicação 8, caracte-rizado por as referidas barras cilíndricas (27) serem feitas de um material resistente à corrosão. - 10* - Processo de acordo com a reivindicação 9» caracteri zado por o referido material resistente à. corrosão ser Inconel 625. - 11* - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracteri zado por as referidas perfurações serem proporcionadas formando aberturas (3l) através das referidas barras metálicas cilíndricas (27) através do referido arco e entre as referidas soldaduras (29). - 12* - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracteri zado por se proporcionar um certo número de segmentos espaçados (43) para formar a referida barra metálica cilíndrica (27) e as referidas perfurações serem proporcionadas por segmentos (43) adjacentes para definir uma ranhura (45) entre os mesmos, antes da soldadura dos mesmos aos referidos tubos (5)· - 13* - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracteri zado por as referidas perfurações serem proporcionadas soldando a referida barra metálica cilíndrica (27) em tubos (5) adjacentes, apenas a intervalos espaçados ao longo dos mesmos, para deixar intervalos entre soldaduras (29) espaçadas adjacentes que definem as referidas perfurações. A requerente reivindica a prioridade do pedido nor- te-americano apresentado em 13 de Fevereiro de 1989» sob o número de série 309*7^2. Lisboa, 12 de Fevereiro de 1990

   = 13 =