WO2022226607A1 - Sistema de limpeza de tubos de fogo de caldeiras com as unidades em funcionamento - Google Patents

Sistema de limpeza de tubos de fogo de caldeiras com as unidades em funcionamento Download PDF

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boilers
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Tomas Michal VLASAK
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Vlasak Tomas Michal
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    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/06Flue or fire tubes; Accessories therefor, e.g. fire-tube inserts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B9/00Steam boilers of fire-tube type, i.e. the flue gas from a combustion chamber outside the boiler body flowing through tubes built-in in the boiler body
    • F22B9/10Steam boilers of fire-tube type, i.e. the flue gas from a combustion chamber outside the boiler body flowing through tubes built-in in the boiler body the boiler body being disposed substantially horizontally, e.g. at the side of the combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28GCLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G13/00Appliances or processes not covered by groups F28G1/00 - F28G11/00; Combinations of appliances or processes covered by groups F28G1/00 - F28G11/00

Definitions

  • the invention refers to adaptations that consist in the manufacture of doors with configurations for the gas reversal chambers, providing them with characteristics that allow standardized access from the external environment.
  • the number of holes in the doors is equivalent to the number of fire tubes in the pass in that flow direction of the boiler body.
  • the invention has as a characteristic to provide the external sealing doors of the gas reversal chambers with orifices aligned to the respective positions of the fire tubes fixed to the mirrors.
  • the holes will be equipped with individual sealing caps on the outside of the doors.
  • These orifice covers are fixed with threads, to allow quick and individual openings, and can be of the threaded plug type or another type.
  • a firetube boiler with two gas passes in the convective body which has two bundles of parallel fire tubes, fixed to the mirrors, and regardless of the number of tubes, will have gas reversal chamber doors equipped with holes in identical configurations and corresponding to the holes of the mirrors, and in accordance with the alignment of the tubes, for the access of the external environment cleaning devices to the mouths of the same. It is noteworthy that the holes in the doors will have the same gauge as the fire tubes of the beams.
  • Each door then, will have its shape defined by the pattern of holes coinciding with the alignments and arrangement of the fire tubes, fixed to the mirrors.
  • the view of the detailed drawings is shown on Plate 1 - Arrangement of Pipe Mirrors and External Access Doors - Front, Side and Sectional Views, schematically show the preferred embodiment of the fire tube cleaning system for firetube boilers and the like, in normal operation.
  • the external cover relative to the fire tube is opened.
  • a device in the form of a tube with a gauge equal to the internal diameter of the fire tube is introduced in the alignment, which has a slightly conical tip to facilitate fitting into the tube, promoting direct connection from the outside to the tube to be cleaned .
  • a hood receives the ash, in general collection.
  • the hood can be equipped with a rotary valve, which acts in the automatic and constant removal of these ash to the outside of the reversing chamber.
  • the system will have as an additional feature the removal of debris to the outside of the chambers, also automatically.
  • Devices for more than one tube can be used, such as batteries of two or more tubes at a time, it is sufficient to manufacture the corresponding access devices, but in the particular case shown, we use tube-by-tube cleaning.
  • the chamber doors with the new configurations, according to the drawings presented on Plate 1, complement the permission of free access to all the fire tubes, making it possible to carry out the cleaning of each tube, individually, including the use of several other ways to perform cleaning, in addition to the air flow steam jets, compressed air jets, fixed and/or rotating brushes, and other methods.
  • the introduction cleaning devices (connectors) in the reversing chambers have the gauge of the inside diameter of the fire tubes, and the lengths according to the needs of passage from the outside of the chambers to the arrival at the fire tubes.
  • the dimensions of the connectors can vary according to the project of each firetube boiler and the like, as well as they can be different for the front and rear beam (Plate 3 - Detail of the Introduction of Connectors / Connection of the External and Internal Environment).
  • These are devices that allow access from the external environment to the chambers, to the interior of the fire tube, establishing free and individualized access to each of the fire tubes.
  • the shape of these devices is shown in the drawings. Complements of Plate 2 - Gas Flows and Ash Drag in Cleaning.
  • the present invention is not limited to use in firetube boilers and the like, which operate with negative pressures inside the combustion chamber, with induction by an exhaust fan or other device.
  • firetube boilers or the like that use positive pressure, through fans, the cleaning processes are possible with the configurations of the doors according to the invention, however, when the unit is stopped, cleaning is carried out with any type of operation, such as steam jets, compressed air jets, fixed brushes, rotating brushes or other methods. In this case, even if there is a need to stop to clean the pipes, opening the doors is avoided.
  • the current methodology requires the units to stop, cool down, open doors and take a long time to carry out cleaning, replacement of seals, repairs and replacement of various materials, whose stops cause the discontinuity of industrial processes, with cumulative losses resulting from reductions, the shutdown itself and the resumption of generation and industrial production.
  • the adoption of the invention aims to minimize and/or eliminate the need for downtime, which is the main factor that characterizes it.

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Abstract

Sistema de limpeza de tubos de fogo para caldeiras fogotubulares e congêneres consistente de portas dotadas de acesso individual aos tubos de fogo, para a execução de sua limpeza, com os equipamentos em funcionamento. As portas das caldeiras terão furações correspondentes aos espelhos de tubos que acessam. O acesso aos tubos se dará pela introdução de instrumento conector até o contato com o tubo de fogo correspondente, consistente de segmento de tubo de diâmetro, comprimento e ponta levemente cônica, adequados ao encaixe no tubo de fogo. Com a conexão, é estabelecida a limpeza dos tubos, pela entrada de ar falso, por ação das pressões negativas nas câmaras, geradas pelos exaustores. O caudal de ar arrastará as cinzas depositadas, no sentido do fluxo, para a câmara de reversão junto ao espelho oposto. Os furos contarão com tampa de vedação, removível, para acesso e execução do processo da limpeza de cada um dos tubos, sem qualquer manejo da porta principal. No caso de caldeiras insufladas por ventiladores, a conexão permite limpeza por fluxo de ar, mas com a caldeira desligada. Também a limpeza, em funcionamento, por métodos como jatos de vapor, ar comprimido, escovas de hastes e até rotativas elétricas ou pneumáticas.

Description

SISTEMA DE LIMPEZA DE TUBOS DE FOGO DE CALDEIRAS COM AS UNIDADES EM FUNCIONAMENTO
Sistema de limpeza de tubos de fogo para caldeiras fogotubulares e congêneres, à vapor, água quente, fluídos térmicos ou outros, que permite a execução das limpezas com as unidades em funcionamento normal.
A invenção se refere a adequações que consistem na fabricação de portas com configurações para as câmaras de reversão dos gases, dotando-as de características que permitam os acessos padronizados a partir do ambiente externo. A implantação de orifícios nas portas, de forma que cada uma das furações fique alinhada com uma das bocas dos tubos de fogo internas, permite o acesso aos tubos e possibilita a execução individualizada da sua limpeza. O número de furações nas portas equivale ao de tubos de fogo do passe naquele sentido de fluxo do corpo da caldeira. Assim, a invenção tem como uma característica dotar as portas externas de vedação das câmaras de reversão de gases de orifícios alinhados às respectivas posições dos tubos de fogo fixos aos espelhos.
Os orifícios serão equipados com tampas individuais de vedação, na parte externa das portas. Essas tampas dos orifícios, de qualquer formato, são fixadas com roscas, para permitir aberturas rápidas e individuais, podendo ser do tipo bujão com rosca ou outro tipo.
De maneira a exemplificar, uma caldeira fogotubular de dois passes de gases no corpo convectivo, que possua dois feixes de tubos de fogo paralelos, fixados aos espelhos, e independentemente da quantidade de tubos, terá suas portas das câmaras de reversão dos gases dotadas com orifícios em configurações idênticas e correspondestes às furações dos espelhos, e em conformidade de alinhamento aos tubos, para o acesso dos dispositivos de limpeza do ambiente externo às bocas dos mesmos. Destaca-se que os orifícios nas portas terão a mesma bitola dos tubos de fogo dos feixes.
Cada porta, então, terá sua forma definida pelo padrão dos orifícios coincidentes com os alinhamentos e a disposição dos tubos de fogo, fixos aos espelhos. A vista dos desenhos detalhados é apresentada na Prancha 1 - Disposição dos Espelhos de Tubos e das Portas de Acesso Externas - Vistas Frontais, Laterais e Cortes, mostram, de modo esquemático, a concretização preferida do sistema de limpeza dos tubos de fogo para caldeiras fogotubulares e congêneres, em funcionamento normal.
Uma vez que o acesso aos tubos de fogo estará apto através da abertura das tampas externas especiais, cujos orifícios coincidem em alinhamento e bitolas aos tubos de fogo, inicia-se o procedimento de limpeza individual, abre-se a tampa externa relativa ao tubo de fogo, e se introduz, no alinhamento, um dispositivo em formato de tubo com bitola igual ao diâmetro interno do tubo de fogo, que possui a ponta levemente cônica para facilitar o encaixe no tubo, promovendo a conexão direta do exterior ao tubo a ser limpo.
Aberto o acesso direto do exterior ao tubo de fogo, e considerando- se que essas caldeiras operam em regime de pressão negativa, pela ação do exaustor, um caudal mais do que suficiente de ar será introduzido, em alta velocidade, exclusivamente nesse tubo, promovendo o arraste das cinzas volantes depositadas no seu interior no sentido do fluxo, até o final do tubo, para a zona de reversão dos gases.
Na zona de reversão de gases, uma coifa recebe as cinzas, em coleta geral. A coifa poderá ser equipada com uma válvula rotativa, que atue na retirada automática e constante destas cinzas para o exterior da câmara de reversão. Ou seja, acrescida esta facilidade, o sistema terá como característica adicional a eliminação dos detritos para o exterior das câmaras, também de forma automática. Concluída a limpeza de um tubo de fogo, retira-se o dispositivo de acesso (instrumento conector) e fecha-se a tampa rápida do respectivo orifício, passando-se a outro. Dessa forma, o procedimento de limpeza será realizado em cada um dos tubos, sucessivamente, até a conclusão da limpeza do feixe. Sintetizando, o processo é manual, tubo a tubo, e nas duas câmaras de reversão, conforme o exemplo utilizado nesta descrição.
Podem ser utilizados dispositivos para mais de um tubo, como por exemplo, baterias de dois ou mais tubos de cada vez, bastando para tanto fabricar os dispositivos de acessos correspondentes, mas no caso particular demonstrado, utilizamos a limpeza de tubo a tubo.
As portas das câmaras, com as novas configurações, conforme os desenhos apresentados na Prancha 1, complementam a permissão do livre acesso a todos os tubos de fogo, possibilitando a realização das limpezas de cada tubo, de forma individual, inclusive pela utilização das várias outras maneiras de se executar as limpezas, além do caudal de ar jatos de vapor, jatos de ar comprimido, escovas fixas e ou rotativas, e outros métodos.
Os dispositivos de limpeza de introdução (conectores) nas câmaras de reversão têm a bitola do diâmetro interior dos tubos de fogo, e os comprimentos de acordo com as necessidades de passagem do exterior das câmaras até a chegada aos tubos de fogo. Assim, as dimensões dos conectores podem variar conforme o projeto de cada caldeira fogotubular e congênere, bem como podem ser diferentes para o feixe frontal e traseiro (Prancha 3 - Detalhe da Introdução dos Conectores / Ligação do Ambiente Externo e Interno). São dispositivos que permitem o acesso do ambiente externo às câmaras, até o interior do tubo de fogo, estabelecendo o livre e individualizado acesso a cada um dos tubos de fogo. O formato destes dispositivos está demonstrado nos desenhos complementares da Prancha 2 - Fluxos de Gases e Arraste das Cinzas na Limpeza.
A presente invenção não se limita à utilização em caldeiras fogotubulares e congêneres, que operam com pressões negativas no interior da câmara de combustão, com a indução por exaustor ou outro dispositivo. Para os casos das caldeiras fogotubulares ou congêneres que utilizem pressões positivas, através de ventiladores, os processos de limpeza são possíveis com as configurações das portas conforme a invenção, porém, com a realização da parada da unidade, procedendo-se a limpeza com qualquer tipo de operação, como por exemplo, por jatos de vapor, jatos de ar comprimido, escovas fixas, escovas rotativas ou outros métodos. Neste caso, ainda que haja a necessidade da parada para proceder a limpeza dos tubos, evita-se a manobra da abertura das portas.
Consideram as reivindicações que, até o momento, toda a metodologia de limpeza de tubos de fogo em caldeiras fogotubulares e congêneres exige a parada periódica e esfriamento destes equipamentos, abertura das portas das câmaras para o acesso aos tubos de fogo e a execução das limpezas, em geral mecânicas.
A atual metodologia exige a parada das unidades, esfriamento, abertura de portas e longo tempo para a realização das limpezas, reposição de vedantes, reparos e substituição de materiais diversos, cujas paradas provocam a descontinuidade dos processos industriais, com prejuízos cumulativos decorrentes das reduções, da parada propriamente dita e das retomadas da geração e da produção industrial.
A adoção da invenção, na integra ou parcialmente, portanto, visa minimizar e/ou eliminar a necessidade de paradas, sendo esse o fator principal que a caracteriza.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Manutenção de Equipamentos Térmicos - Sistema de limpeza de tubos de fogo em funcionamento CARACTERIZADO por permitir a limpeza de tubos de fogo durante o funcionamento normal de caldeiras fogotubulares e congêneres.
2. Manutenção de Equipamentos Térmicos - Dispositivos de limpeza de tubos de fogo em funcionamento CARACTERIZADO pela produção de dispositivos conectores necessários para o Sistema de limpeza de tubos de fogo para caldeiras fogotubulares e congêneres, em funcionamento normal.
3. Manutenção de Equipamentos Térmicos - Operação da limpeza de tubos de fogo para caldeiras fogotubulares e congêneres pela condução de cinzas e detritos pelo Sistema, de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, CARACTERIZADO pela condução de cinzas e detritos por ação de ar falso e/ou outros métodos para a zona de coleta geral, nas reversões de gases.
4. Manutenção de Equipamentos Térmicos - Adequação de válvulas rotativas no Sistema de limpeza de tubos de fogo para caldeiras fogotubulares e congêneres, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, CARACTERIZADO por possibilitar a coleta geral de detritos em zona específica, nas reversões de gases, permitindo a adequação de válvulas rotativas de descargas, as quais conferem ao processo a eliminação automática desses detritos para o exterior dessas unidades.
5. Manutenção de Equipamentos Térmicos - Fabricação de dispositivos conectores para acesso no Sistema de limpeza de tubos de fogo para caldeiras fogotubulares e congêneres, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, CARACTERIZADO por permitir a introdução de dispositivos especiais nos tubos de fogo, com os equipamentos em funcionamento, viabilizando a utilização de quaisquer meios de limpeza convencionais, como o vapor, ar comprimido, escovas com hastes e/ou do tipo rotativo, e, eventualmente ainda outros, caracterizados por operações mecânicas.
6. Manutenção de Equipamentos Térmicos - Fabricação de portas de acesso adaptadas ao Sistema de limpeza de tubos de fogo para caldeiras fogotubulares e congêneres, CARACTERIZADO por ser para a produção ou modificação de portas de acesso equipando-as com orifícios tamponados que possibilitem a abertura e introdução de equipamentos de limpeza, em funcionamento normal das unidades.
7. Manutenção de Equipamentos Térmicos - Operação simultânea de limpeza e retirada automática de cinzas e detritos no Sistema de limpeza de tubos de fogo para caldeiras fogotubulares e congêneres, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, CARACTERIZADO por ser para a realização simultânea da limpeza e retirada automática das cinzas para o exterior das unidades.
8. Manutenção de Equipamentos Térmicos - Rendimento original dos equipamentos pela adoção do Sistema de limpeza dos tubos de fogo para caldeiras fogotubulares e congêneres, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, CARACTERIZADO pela capacidade da manutenção do rendimento original das unidades.
9. Manutenção de Equipamentos Térmicos - Sistema de acesso tubos de fogo de caldeiras fogotubulares e congêneres CARACTERIZADO pelo acesso aos tubos de fogo sem a abertura das portas de acesso às câmaras de reversão de gases.
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