PT100078B - Sistema de geracao de vapor utilizando um circuito de fluxo de fluido separado entre a seccao da fornalha e a seccao de separacao - Google Patents

Description

Antecedentes da Invenção

Esta invenção refere-se a um sistema gerador de vapor de leito fluidizado e, mais particularmente, a um tal sistema que inclui um circuito de fluxo de fluido separado entre a secção de fornalha e a secção separadora.

Sistemas de combustão de leito fluidizado ligados a

separadores são bem conhecidos. Nestes arranjos, o ar é passado através de um leito de combustível particulado, possivelmente carvão, madeira ou depósito de esgotos desidratados, para fluidizar o leito e, deste modo, efectuar alta eficiência de combustão a temperaturas relativamente baixas. Este processo, no entanto, resulta em gases de combustão que retêm uma larga quantidade de particulados finos. A corrente gasosa é por isso passada por um separador, o qual separa os particulados do gás, e os recicla de volta para o interior do leito.

Em sistemas geradores de vapor convencionais, a passagem entre a fornalha e o separador é usualmente definida por um dueto revestido de material refractário, relativamente caro, e a alta temperatura devido à temperatura extrema dos gases de combustão.

dueto ou se mantém relativamente fino, devido ao custo e peso do material refractário, o que resulta em percas de calor excessivas para o meio ambiente, reduzindo assim a eficiência de sistema, ou é feito relativamente espesso, o que aumenta o volume, peso e custo do separador. Mesmo quando o dueto é espesso, não podem ser evitadas todas as percas de calor, dado que o isolamento perfeito elevaria a temperatura do dueto a um grau inaceitável.

Um problema adicional associado com o uso de um dueto revestido de material refractário é o longo tempo requerido para aquecer as paredes antes de pôr o sistema on line, para eliminar a quebra prematura do material refractário. Esta longa demora é inconveniente e aumenta o custo do processo.

Para sistemas geradores de vapor relativamente

pequenos, estes problemas podem ser evitados formando o dueto directamente fora das paredes da fornalha e separador. Isto é conseguido dobrando para fora dos planos de cada dispositivo uma pluralidade de tubos de arrefecimento, para formar uma salda e uma entrada, as quais podem ser soldadas umas às outras. Este processo não é possível de ser conseguido em sistemas maiores devido aos requesitos de engenharia que determinam que o dueto que conduz ao separador tenha vários pés de comprimento de forma a manter uma eficiência de recolha do separador aceitável. Além disso, este processo é complexo e dispendioso devido aos padrões

de dobragem elaborados requeridos.

Sumário da Invenção

E deste modo um objectivo da presente invenção fornecer um sistema gerador de vapor no qual as percas de calor são reduzidas para aumentar a eficiência do sistema.

E um outro objectivo da presente invenção, providenciar um sistema gerador de vapor do tipo acima, no qual o custo, alta temperatura, e o do dueto revestido de material refractário são minimizados.

E ainda um outro objectivo da presente invenção, providenciar um sistema gerador de vapor do tipo acima no qual a corrente de gás é passada a partir de uma fornalha para o separador.

E ainda um outro objectivo da presente invenção, providenciar um sistema gerador de vapor do tipo acima no qual o sistema gerador de vapor pode ser posto em uso relativamente depressa sem qualquer período de aquecimento significativo.

E ainda um outro objectivo da presente invenção, providenciar um sistema gerador de vapor do tipo acima no qual a eficiência do sistema gerador de vapor é aumentada por transferência de calor a partir de um dueto ligando a fornalha e o separador a um sistema gerador de energia.

E ainda um outro objectivo da presente invenção, providenciar um sistema gerador de vapor do tipo acima no qual o dueto entre a fornalha e o separador pode ser mantido à mesma temperatura que a fornalha e o separador para reduzir a tensão térmica no sistema.

No sentido do total cumprimento deste e outros objectivos o sistema gerador de vapor da presente invenção utiliza um dueto entre a fornalha e o separador o qual é formado por paredes compreendendo uma pluralidade de tubos paralelos que se estendem perpendicularmente à direcção do fluxo de gás. Os tubos estão soldados com intervenção de alhetas para formar uma estrutura estanque ao ar. As extremidades dos tubos estão ligadas a cabeças nas quais passa água refrigerante, ou vapor, através dos tubos. As cabeças estão ligadas, por meio de tubagens, a um

tambor de vapor e a uma cabeça de vapor a qual controla o fluxo através dos tubos e recolhe vapor dos tubos para uso posterior.

Breve Descrição dos Desenhos

A breve descrição acima, bem como objectivos, caracteristicas e vantagens adicionais da presente invenção serão mais inteiramente apreciados em referência à seguinte descrição detalhada dos presentemente preferidos, mas nem por isso menos ilustrativos, aperfeiçoamentos de acordo com a presente invenção, quando em conjunto com os desenhos anexos, nos quais:

Fig. 1 é uma vista esquemática do sistema gerador de vapor da presente invenção; e

Fig. 2 é uma vista em perspectiva alargada de um dueto no sistema da Fig. 1.

Descrição do Aperfeiçoamento Preferido

Em relação à Fig. 1 dos desenhos, a referência numérica refere-se, em geral, a um sistema gerador de vapor o qual inclui uma fornalha 12 e um separador 14. Um dueto 16 liga uma parede de fundo 12a da fornalha 12 a uma parede frontal 14a do separador 14, e as paredes do dueto 16 são formadas por um grupo de tubos espaçados, paralelos e ocos, 18. Como mostrado na Fig.

2, uma alheta está soldada a, e estende-se a partir de, umas porções de parede diametralmente opostas de cada tubo 18 e entre as paredes adjacentes de cada par de tubos adjacentes 18. Cada alheta 20 estende-se ao longo de todo o comprimento dos tubos 18, formando assim dois painéis de tubos com alhetas estanques ao ar

22a e 22b. Como representado na Fig. 1, as paredes, quer da fornalha 12, quer do separador são formadas por painéis de tubos com alhetas de uma maneira similar às paredes do dueto 16.

Os tubos 18 formando o painel 22a estão ligados nas suas extremidades superiores a uma cabeça superior 24, estendem -se vertical e descendentemente da cabeça superior 24, são dobrados 90° nas suas secções médias, e estão ligados nas outras extremidades a uma cabeça inferior 26, de modo a que o painel 22a cria o fundo e um lado do dueto 16. Os tubos 18 formando o painel

22b estendem-se horizontalmente a partir da cabeça superior 24, estão dobrados 90° descendentemente nas suas secções médias e

estão ligadas à cabeça inferior 26, de forma a que painel 22b forma o topo e o outro lado do dueto 16. As extremidades respectivas de todos os tubos 18 estão assim ligadas às cabeças e 26 para que o fluido possa fluir da cabeça superior 24, através dos tubos 18 e para o interior da cabeça inferior 26.

Uma tubagem ou tubagens 28a, representados esquematicamente na Fig. 1, estende-se ascendentemente da cabeça

24, e uma tubagem ou tubagens 28b estende-se descendentemente da cabeça inferior 26. As tubagens 28a estão ligadas a um reservatório 30, o qual pode ter a forma de um tambor de vapor ou de uma cabeça, e as tubagens 28b estão ligadas à cabeça 14b dispostas na extremidade inferior do separador 14. E entendido que o reservatório 30 pode ser uma fonte de fluido refrigerante, como por exemplo, água, vapor ou a mistura de ambos, a qual passa das tubagens 28a, para a cabeça superior 24, através dos tubos 18, e para o interior da cabeça 26, antes de ser escoada, através dos tubos 28b para a cabeça 14b. Da cabeça 14b, o fluido passa ascendentemente através dos tubos que formam as paredes do

separador 14, antes de serem escoadas para a cabeça 14c disposta no extremo superior do separador 14. Uma tubagem ou tubagens 31, ligam a cabeça 14c a um reservatório 32, o qual pode ser da forma de um tambor de vapor ou de uma cabeça.

Referindo a Fig. 2, a parede de fundo de tubos com alhetas 12a da fornalha 12 contém uma saida para o gás 12b na porção superior da fornalha 12 para dirigir os gases para fora da fornalha 12. Esta saida da fornalha 12b é formada duma forma convencional dobrando uma porção de tubos da parede 12a 90° para fora do plano da parede da fornalha 12a, e então para fora, descendentemente e à volta para definir a saida 12b e finalmente de volta para o plano da parede 12a. Embora não representado nos esquemas com detalhe, é entendido que o separador 14 contém uma entrada de gás formada dobrando uma porção de tubos contendo a parede frontal de tubo com alhetas 14a, do separador 14, para ‘fora do plano da parede do separador para formar uma abertura de forma similar.

dueto 16, formado por painéis de tubo com alhetas 22a e 22b, está ligado a uma parede de fundo 12a da fornalha 12, por

soldadura de uma borda da alheta 20a do dueto 16 a uma borda de alheta 12c- da salda da fornalha 12b como representado esquematicamente na Fig. 2. Similarmente, o dueto 16 está ligado a uma parede frontal 14a do separador 14 por soldadura de uma borda de alheta 20b do dueto 16 à entrada (não representada) formada na parede do separador 14.

Em operação, os combustíveis são queimados na fornalha e a mistura de ar e produtos gasosos da combustão (referidos geralmente como gases de combustão) passa ascendentemente na

I fornalha 12, por convexão natural, através da saida 12b na porção superior da fornalha 12, e através do dueto 16 para a entrada do separador 14. Simultânea e continuamente, um fluxo de fluido de refrigeração a partir do reservatório 30 para a cabeça superior 24 através tubagens 28a. O fluido refrigerante fui então para o interior e através da pluralidade de tubos 18, de ambos os painéis de tubos com alhetas 22a e 22b, formando o dueto 16.

Enquanto flui através dos tubos 18, calor dos gases de combustão passando da fornalha 12 ao separador 14, é transferido para os fluidos de refrigeração através dos tubos 18, aquecendo assim o —fluido de refrigeração. 0 fluido de refrigeração segue até à cabeça inferior 26 onde entra então nas tubagens 28b e é passado através do separador 14 e através das tubagens 31, para o reservatório 32.

Várias vantagens resultam do arranjo precedente. Por exemplo, o dueto 16 da presente invenção reduz as perdas de calor e minimiza os requesitos de isolamento refractário interno. O calor é, em vez disso, transferido por um fluido refrigerante através das tubagens 18 para aumentar a eficiência do sistema gerador de vapor. Além disso, o dueto 16 pode ser mantido à mesma temperatura da fornalha 12 e do separador 14, reduzindo assim stresses térmicos no sistema.

E entendido que podem ser feitas várias modificações no que se disse precedentemente sem sair do âmbito da presente invenção. Por exemplo, a direcção do fluxo do fluido descrito acima pode ser invertida de modo a que o fluido é originado no reservatório 32 e continua descendentemente através do separador 14, então ascendentemente através das paredes do dueto 16 e

seguindo para o reservatório 30. Para além do mais, o fluxo fluido passando através dos tubos 18 do dueto 16 não necessita fluir através dos tubos do separador 14, mas pode em vez disso passar por si mesmo de uma cabeça através dos tubos 18 do dueto e de volta à cabeça de origem, ou para uma cabeça secundária.

Outras modificações, alterações e substituições estão abrangidas na descrição precedente e embora a invenção tenha sido descrita com referência a um aperfeiçoamento especifico, a descrição precedente não pretende ser construída num sentido limitante. Várias modificações ao aperfeiçoamento exposto, bem como aplicações alternativas da invenção serão sugeridas a pessoas especialistas no ramo através da descrição e ilustrações precedentes. De acordo com isto, é apropriado que as reivindicações anexas sejam construídas de forma mais alargada e de uma forma consistente com o verdadeiro âmbito da presente invenção.

Claims (9)

1- Um sistema de de compreender;

uma fornalha um separador geração de vapor, caracterizado pelo facto tendo uma saída de gás;

tendo uma salda de gás; e meios para direccionar os gases provenientes da referida salda da fornalha para a referida entrada do separador, em que os referidos meios compreendem:

(i) uma pluralidade de tubos curvados e dispostos para formar um dueto ligando a dita saida da fornalha e a dita entrada do separador; · (ii) meios ligando os tubos adjacentes para., formar uma estrutura estanque ao gás; e (iii) meios para ligar os referidos tubos num circuito de.fluxo de fluido para recuperar o calor a partir dos referidos gases, à medida que eles passam através-do referido dueto.

2- Um sistema, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto de os^; referidos meios de ligação compreenderem uma alheta extendendo-se a partir das porções correspondentes dos tubos adjacentes.

3- Um sistema, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto de os referidos tubos se estenderem perpendicularmente à direcção do fluxo dos referidos gases.

4- Um sistema, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o.s referidos meios de ligação do fluxo d© fluido compreenderem:

(a) um primeiro e um segundo reservatórios;

(b) uma primeira e segunda cabeças, em comunicação de fluxo de fluido com as respectivas extremidades de cada um dos referidos tubos;

(c) um primeiro dispositivo de tubagem ligando o primeiro recipiente em comunicação fluida com a referida cabeça; e (d) um segundo meio de tubagem ligando o referido segundo recipiente, em comunicação de fluxo de fluido com a referida segunda cabeça.

5- Um sistema, conforme reivindicado na reivindicação 4, caracterizado pelo facto de o referido primeiro recipiente ser um tambor de vapor, e sendo o segundo recipiente uma cabeça.

6- Um sistema, conforme reivindicado na reivindicação 4, caracterizado pelo facto de os referidos tubos serem divididos em primeiro e segundo painéis, sendo os tubos que formam o referido primeiro painel ligados numa das suas extremidades à referida primeira cabeça, extendendo-se descendente e verticalmente a partir da referida cabeça, sendo curvados 90⁹ em relação à horizontal, e sendo ligados, nas suas outras extremidades à segunda cabeça referida; os tubos que formam o referido segundo painel são ligados, numa das suas extremidades, à referida primeira cabeça, extendem-se horizontalmente a partir da referida primeira cabeça, são curvados 90° em relação à vertical, e são ligados, nas suas extremidaues à referida segunda cabeça,

7- Um sistema de geração de vapor, caracterizado pelo facto de compreender:

(a) uma fornalha compreendendo um circuito de fluxo de fluido para recuperar calor a partir da dita fornalha;

(b) um separador possuindo um circuito de fluxo de fluido para recuperação de calor proveniente do referido separador; e (c) um dueto para direccionar os gases de combustão da fornalha, da referida fornalha para o referido separador, em que o referido dueto;

(i) não è integral com quer a referida fornalha ou o referido separador; e (ii) compreende um circuito de fluxo de fluido para recuperar o calor proveniente dos referidos gases.

8- Um sistema, conforme reivindicado na reivindicação 7, caracterizado pelo facto do referido circuito de fluxo de fluido do dueto ser independente do referido circuito de fluxo de fluido da fornalha, e do referido circuito de fluxo de fluido do separador.

9- Um sistema, conforme reivindicado na reivindicação 7, caracterizado pelo facto do referido dueto compreender uma pluralidade de tubos para receber fluido e descarregar fluido, e meios para ligar os referidos tubos para formar uma estrutura estanque ao gás,