BRPI0903727A2

BRPI0903727A2 - pelletized solid mass combustor module

Info

Publication number: BRPI0903727A2
Application number: BRPI0903727-6A
Authority: BR
Inventors: Thierry Constant Eddy Francois Marie Gauthier
Original assignee: Thierry Constant Eddy Francois Marie Gauthier
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2011-05-17
Also published as: BRPI0903727B1; WO2012027805A1; BRPI0903727E2

Abstract

MODULO COMBUSTOR DE MASSA SóLIDA PELLETIZADA. Refere-se a presente invenção a um módulo combustor (1) constituído por caixa difusora de ar (2), câmara cilíndrica de combustão (3), face flangeada central (4) e grelha tubular (5) que, em conjunto modular único e compacto, permitem a maximização da exploração do poder calorífico dos mais variados materiais sólidos peiletizados, inclusive os orgânicos e de teores de cinza superiores a 1 %, através da otimização do fluxo interno formado por ar, material combustível e matéria queimada, em um movimento contínuo de circulação e reposição de elementos, possibilitando a retirada eficaz de toda a cinza gerada durante a combustão por percolação entre os vãos da matéria nova e da grelha (5) operante em leito fluidizado mínimo, formando uma chama projetada ausente de cinzas, fagulhas e de matéria combustível não queimada ou parcialmente queimada, permitindo ciclos intermitentes de queima de maior rendimento e potência final gerada, maior estabilidade de processo e redução direta dos efeitos indesejados sobre o meio-ambiente em termos de gases e resíduos de combustão. A presente invenção pertence aos campos da engenharia mecânica e química, notadamente em ciclos termodinâmicos e tecnologia de exploração térmica de biomassa.PULLED SOLID PASTA FUEL MODULE. The present invention relates to a combustion module (1) consisting of an air diffuser housing (2), cylindrical combustion chamber (3), central flanged face (4) and tubular grille (5) which together in a single modular and compact, allow maximizing the exploitation of the calorific power of the most varied peiledilized solid materials, including organic and ash content greater than 1%, by optimizing the internal flow formed by air, fuel material and burnt matter, in a continuous motion circulation and replacement of elements, enabling the effective removal of all ash generated during percolation combustion between the gaps of the new material and the grid (5) operating in minimum fluidized bed, forming a projected flame absent of ash, sparks and unburnt or partially burnt fuel material, allowing intermittent burn cycles for higher throughput and final generated power, greater process stability and direct reduction of unwanted effects on the environment in terms of gases and combustion residues. The present invention belongs to the fields of mechanical and chemical engineering, notably thermodynamic cycles and biomass thermal exploration technology.

Description

"MÓDULO COMBUSTOR DE MASSA SÓLIDA PELLETIZADA"."PELLED SOLID PASTA COMBUSER MODULE".

Refere-se a presente invenção a um móduloqueimador de combustível sólido pelletizado, constituído por umacâmara de combustão de chama aberta, dotada de um berçocomposto por tubos cilíndricos perfurados longitudinalmente edispostos em forma de grelha inclinada, sendo os tubos insufladoscom ar proveniente de uma turbina de descarga tangencial,formando-se sobre a grelha, por meio da vazão de ar através dosfuros dispostos em linha ao longo dos tubos, um colchão de arcapaz de manter a matéria combustível queimada suspensa emsentido ascendente, em leito fluidizado mínimo, enquanto matériacombustível nova é reposta sobre a grelha verticalmente e emsentido descendente, formando-se, juntamente com a ação de umacorrente de ar horizontal proveniente de uma divisão do fluxo de arproveniente da turbina, um movimento contínuo de circulação ereposição de matéria comburente, possibilitando a retirada eficaz detoda a cinza gerada durante a combustão por percolação entre osvãos da matéria nova e da grelha, formando uma labaredaprojetada ausente de cinzas, fagulhas e de matéria combustível nãoqueimada ou parcialmente queimada, permitindo ciclosintermitentes de queima de maior rendimento e potência finalgerada, maior estabilidade do processo, possibilitando, inclusive/autilização de pellets de diversas matérias orgânicas renováveis comuma exploração otimizada de seu poder calorífico, com redução deefeitos indesejados sobre o meio-ambiente em termos de gases eresíduos de combustão.The present invention relates to a pelletised solid fuel burner module consisting of an open flame combustion chamber having a cradle composed of longitudinally perforated cylindrical tubes arranged in an inclined grate shape, the tubes being inflated with air from a discharge turbine. formed on the grate by means of air flow through the holes arranged in line along the pipes, an air mattress capable of keeping the burnt combustible matter suspended in the upward direction, in minimal fluidized bed, while new fuel matter is replaced over the grid is vertically downward, forming, together with the action of a horizontal draft coming from a split of the turbine's airflow, a continuous movement of circulation and the deposition of oxidizing material, enabling the effective removal of all the ash generated during percolation combustion between the new material and grate elements, forming a projected flare absent of ashes, sparks and unburnt or partially burnt fuel material, allowing intermittent firing cycles of higher yield and final generated power, greater process stability, even allowing the use of various pellets renewable organic materials with optimum exploitation of their calorific value, with reduction of unwanted effects on the environment in terms of gases and combustion waste.

A presente invenção pertence aos campos daengenharia mecânica e química, notadamente em ciclostermodinâmicos e tecnologia de exploração térmica de biomassa.The present invention belongs to the fields of mechanical and chemical engineering, notably in cyclosterodynamics and biomass thermal exploration technology.

ESTADO DA TÉCNICATECHNICAL STATE

Sistemas de combustão aberta para ageração de energia calorífica são largamente utilizados em todo omundo, desde os mais remotos tempos e nas mais variadassituações de aplicação, tais como a geração de vapor em caldeiras,aquecimento de equipamentos de secagem, de dispositivos deconformação, de fornos, de ambientes e para o aquecimento defluidos em geral.Open combustion systems for heat energy generation are widely used throughout the world, from the earliest times and in the most varied application situations, such as steam generation in boilers, heating of drying equipment, forming devices, furnaces, environments and for the heating of fluid in general.

A potência demandada pela aplicação, bemcomo questões relativas ao custo de geração por kW, adisponibilidade e, em termos mais atuais, o meio-ambiente, arenovabilidade e a sustentabilidade econômica, social e ambiental,determinam o tipo de equipamento queimador ideal e a natureza docombustível a ser utilizado.The power demanded by the application, as well as generation cost per kW, availability and, in more current terms, environment, sandability and economic, social and environmental sustainability, determine the ideal type of burner equipment and fuel nature. to be used.

Os combustíveis mais comumenteempregados e ainda dominantes em alguns setores, são osderivados de hidrocarbonetos e, mais recentemente, fontesalternativas tem sido objeto de estudo, experiências e de crescenteinteresse devido ao anunciado esgotamento das matérias fósseis,previsto para a próxima década.The most commonly used and still dominant fuels in some sectors are hydrocarbons and, more recently, alternative sources have been the subject of study, experimentation and growing interest due to the announced depletion of fossil fuels foreseen for the next decade.

Dentre os combustíveis naturais sólidos emaplicação e constante aprimoramento, destacam-se o bagaço decana-de-açúcar e capim-elefante, cascas de cereais, frutas,leguminosas, oleaginosas e árvores, palha e fibra de milho, lenhareflorestada, serragem, dentre outros, existindo os mesmosdisponíveis em várias formas, sendo uma delas a forma seca,moída e compactada, conhecida por briquetes, ou sua versãogranulada, os pellets.Among the solid natural fuels and application and constant improvement, we highlight sugarcane bagasse and elephant grass, cereal husks, fruits, pulses, oilseeds and trees, straw and corn fiber, forested lumber, sawdust, among others, They are available in various forms, one of them being the dry, ground and compacted form known as briquettes, or their granular version, the pellets.

Uma vez definido o escopo energéticoformado basicamente pela matriz que compreende pellets debiomassa, como combustível, e queimador de chama aberta, comoexplorador de energia calorífica, faz-se necessário avaliá-lo commais critério e detalhamento.Once the energy scope is basically formed by the matrix that comprises biomass pellets as fuel and open flame burner as heat energy explorer, it is necessary to evaluate it with more criteria and detail.

Embora existam crescentes estudos edesenvolvimentos para a ampliação do espectro de combustíveis,as unidades combustoras atuais são, por limitações técnicas comoo teor de cinzas, dimensionadas e projetadas para combustíveisespecíficos, ou melhor, para uma determinada matéria originária oufamília específica de comburentes, tendo sua atuação limitadaquando submetidas a combustíveis diferentes, o que atesta arelativa falta de flexibilidade, importantíssima tanto para aadequação do custo de geração ao fim almejado quanto para amatriz ecológica, por exemplo, para a rotação de culturas ou emtempos de escassez ou crises climáticas e econômicas.Although there are growing studies and developments for the broadening of the fuel spectrum, current combustion units are, due to technical limitations such as ash content, designed and designed for specific fuels, or rather for a particular source or specific family of oxidants, with limited performance when submitted to different fuels, which attests to the relative lack of flexibility, which is very important both for the adequacy of the cost of generation to the intended end and for the ecological mother, for example, for crop rotation or times of scarcity or climatic and economic crises.

O teor de cinzas presente originalmente emcada tipo de combustível se torna um empecilho com respeito àutilização de diferentes e novas alternativas de comburentes, umavez que combustores atuais de pellets de biomassa limitam-se acombustíveis com teores de cinza iguais ou inferiores a 1% (um porcento). Valores superiores a este, ocasionam problemas naqualidade da queima, cujos efeitos indesejados mais freqüentes sãoa queda de rendimento e potência gerada e a formação de fuligeme fumaça, além da queima apenas parcial de parte da matériacombustível alimentada à fornalha.Estas limitações técnicas citadas são aindamais amplas se considerarmos a exploração do poder calorífico decada tipo de combustível, ainda insuficiente em termos derendimento por quilograma ou tonelada queimada, lembrando que amatéria pelletizada é subministrada ao queimador ciclicamente, deacordo com o volume da câmara de combustão e da capacidade dequeima da unidade.The ash content originally present in each type of fuel becomes a drag on the use of different and new oxidizer alternatives, as current biomass pellet combustors are limited to fuels with ash content of 1% or less (one percent). ). Values higher than this cause problems in the firing, whose most frequent undesirable effects are the drop in yield and power generated and the formation of soot smoke, and only partial burning of part of the fuel fed to the furnace. These technical limitations are even wider. if we consider the exploitation of the calorific power of each type of fuel, still insufficient in terms of yield per kilogram or tonne burned, remembering that the pelletized material is supplied to the burner cyclically, according to the volume of the combustion chamber and the burning capacity of the unit.

Além disso, tanto a qualidade da queimaquanto o fluxo interno de resíduos não são ideais, havendo umexcedente de cinzas e de material não queimado não retirado acada ciclo e misturado à matéria nova alimentada ciclicamente, oque reduz em muito a potência gerada, provocando interrupçõesparciais igualmente cíclicas na combustão e demandando a igniçãoconstante do combustível, por conta do incremento da energia deativação a ser transposta em cada novo início de queima, havendoa necessidade de se sustentar a queima por meios auxiliares edispendiosos, como chamas piloto a gás ou mesmo resistênciaselétricas.In addition, both the quality of the burn and the internal flow of waste are not optimal, with an excess of ash and unburned material each cycle and mixed with cyclically fed new material, which greatly reduces the power generated, causing equally cyclical partial interruptions. combustion and the constant ignition of the fuel, due to the increase of the activation energy to be transposed at each new start of burning, and the burning must be sustained by expensive auxiliary means, such as gas pilot flames or even electric resistances.

Existem diversas tentativas para melhorar oaproveitamento calórico da queima de pellets de biomassa a partirda melhora do fluxo de ar da câmara de combustão, como nosilustra, por exemplo, o modelo de utilidade de n° MU8702268-0,depositado em 07/12/2007, o qual sugere o insuflamento de ar nacâmara de combustão de modo turbilhonado e direto sobre amatéria em combustão o que, para os especialistas no assunto,melhora, porém não elimina os problemas até então mencionadoscom respeito à qualidade dos fluxos internos de ar, combustível ecinzas.Outra proposta é a sugerida pela invenção denúmero PI0400436-1, depositada em 18/03/2004, apresentado umatubulação adicional de água conduzida pelo interior da câmara decombustão para incrementar a exploração de calor e ainda gerarvapor, ocasionando, porém, incremento de custos e não resolvendode forma eficaz as questões relativas ao fluxo interno de ar,combustível e cinzas.There are several attempts to improve the caloric utilization of biomass pellet burning from the combustion chamber airflow improvement, as illustrated by, for example, utility model no. MU8702268-0, filed 12/07/2007, which suggests direct and swirling combustion air in the combustion chamber over the combustion material which, for those skilled in the art, improves but does not eliminate the problems hitherto mentioned with respect to the quality of internal air flows, fuel and grayness. Another proposal is the one suggested by the invention number PI0400436-1, deposited on 03/18/2004, presenting an additional water piping conducted through the interior of the combustion chamber to increase the heat exploration and still generate steam, however, increasing costs and not effectively resolving issues related to the internal flow of air, fuel and ash.

Existem ainda soluções que apresentamgrelhas móveis, outras que dispõem de ventoinhas ou turbinasmontadas verticalmente, citando apenas algumas alternativas que,por conta de suas limitações técnicas, deixam a desejar quanto aofluxo interno de matérias.There are also solutions that feature movable grids, others that have vertically mounted fans or turbines, citing just a few alternatives that, due to their technical limitations, leave something to be desired regarding the internal flow of materials.

A presença de cinzas, fagulhas e material nãoqueimado ou apenas parcialmente queimado, é extremamentedanoso para o rendimento da queima e mais ainda para ossistemas subseqüentes à câmara de combustão aberta, comoserpentinas e dutos de ar. Além do risco de incêndios e daformação de fumaça em coluna descendente, ocorrem oencardimento, a deterioração e o entupimento de dutos e frestas,resultando em intervalos de manutenção de maior freqüência o que,consequentemente, aumenta os custos operacionais.The presence of ashes, sparks and unburnt or only partially burnt material is extremely detrimental to the burning efficiency and even more so to systems following the open combustion chamber, such as coils and air ducts. In addition to the risk of fire and smoke deformation in the downward column, duct and crevice clogging, deterioration and clogging occur, resulting in more frequent maintenance intervals which consequently increases operating costs.

Outro problema encontrado diz respeito àscaracterísticas higroscópicas de muitas biomassas, resultando emumidificação ou adição de água dos granulados e redução daretirada de energia térmica, pois parte importante da energia éconsumida para a evaporação da umidade.Another problem is related to the hygroscopic characteristics of many biomasses, resulting in humidification or addition of water from the granules and a reduced reduction in thermal energy, as an important part of the energy is consumed for moisture evaporation.

Todas as dificuldades mencionadas até entãodeixam evidente o motivo pelo qual queimadores de pellets debiomassa ainda são utilizados em pequena escala e porque aindanão são alternativas viáveis e suficientemente flexíveis para asubstituição dos outros modelos atualmente empregados.All the aforementioned difficulties so far make it clear why biomass pellet burners are still used on a small scale and why they are still not viable and sufficiently flexible alternatives to replace the other models currently employed.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

"MÓDULO COMBUSTOR DE MASSASÓLIDA PELLETIZADA", objeto da presente invenção, no intuito desolucionar os problemas relacionados ao atual Estado da Técnica,apresenta uma solução otimizada para o incremento da exploraçãoda potência calorífica de biomassa compactada e granulada,gerando energia térmica por combustão a custos economicamenteinteressantes por kWh (ou kJ ou kcal) produzido, partindo dasseguintes premissas:"PULLED PASTA SOLID COMBUSER MODULE", object of the present invention, in order to solve the problems related to the current State of the Art, presents an optimized solution for the increase of the exploitation of the heat power of compact and granulated biomass, generating economical combustion thermal energy at interesting costs. by kWh (or kJ or kcal) produced, based on the following assumptions:

A) Módulo combustor compacto comcapacidade de geração superior aos similares disponíveis de igualdimensão, ampliando o leque de aplicações e permitindo o uso emsistemas industriais de médio e grande porte;A) Compact combustion module with higher generation capacity than similar available ones of equal size, broadening the range of applications and allowing the use in medium and large industrial systems;

B) Módulo combustor compacto comcapacidade de geração a partir de diversos tipos de combustívelbiológico;B) Compact combustion module with generation capacity from various types of biological fuel;

C) Módulo combustor capaz de operarinclusive com combustíveis de teor de cinzas superior a 1%;C) Combustion module capable of operating even with fuels with an ash content higher than 1%;

D) Módulo combustor dotado de fornalha comfluxo interno otimizado e constante de ar, matéria combustível ecinzas;D) Combustion module equipped with furnace with constant and optimized internal flow of air, combustible and gray matter;

E) Módulo combustor de rendimento dequeima nunca inferior a 97%, ou η = 0,97, onde "η" representa arelação direta entre a quantidade de combustível oxidada e aoriginalmente fornecida;F) Módulo combustor dotado de fornalhacapaz de realizar a queima de material pelletizado seco ouparcialmente umidificado, sem resultar em significativas perdas derendimento.E) Burning module with a burning efficiency of not less than 97%, or η = 0,97, where "η" represents a direct correlation between the amount of oxidized fuel and originally supplied; F) Furnace combustion module capable of burning material dry or partially humidified, without resulting in significant yield losses.

Para tanto, vale-se o objeto da presente devários fundamentos mecânicos, termodinâmicos e químicos, alémdos resultados práticos de testes exaustivos de protótiposfuncionais, residindo a questão fundamental na otimização dosfluxos internos da câmara de combustão.Therefore, it is worth the object of the present several mechanical, thermodynamic and chemical fundamentals, besides the practical results of exhaustive tests of functional prototypes, being the fundamental question in the optimization of the internal flows of the combustion chamber.

A criação de um fluxo misto e otimizado de ar,matéria combustível e cinzas só é possível a partir da perfeitacombinação e sintonia das fontes fornecedoras de cada elemento.The creation of a mixed and optimized flow of air, fuel and ash is possible only through the perfect combination and tuning of the sources that supply each element.

A subministração de ar para a queima e paraa projeção da chama é feita por meio de uma turbina de descargatangencial, devendo, porém, haver um circuito de condução destear dotado de bifurcações para a perfeita administração da dosagemnecessária para cada estágio da queima.The air is supplied to the flare and to the flame projection by means of an unloading turbine, but there must be a distear conduction circuit with bifurcations for the perfect administration of the required dosage for each stage of the flare.

A presença de cinzas, bem como de matérianão queimada ou mal queimada é um enorme empecilho para orendimento do processo, podendo ser evitada por meio daintrodução na grelha de um leito de fluidização mínima, permitindomanter parte da cinza em suspensão rente à superfície da grelha eoutra parte permeando por entre os vãos ou deslizando por sobre agrelha inclinada, ou seja, mantendo a matéria residual emmovimento contínuo e removendo-a a câmara.The presence of ash, as well as unburnt or poorly burned material is a major hindrance to the process and can be prevented by introducing a minimum fluidization bed into the grid, allowing part of the ash to be suspended close to the grid surface and other parts. permeating between the gaps or sliding over sloping grit, that is, keeping the residual matter in continuous motion and removing it from the chamber.

A suspensão de parte da cinza é obtidaatravés de furos de pequeno diâmetro dispostos ao longo doselementos tubulares da grelha. Parte do ar proveniente da turbinade ar é desviada para o interior dos tubos da grelha, fechados naextremidade oposta à da alimentação de ar, forçando a passagemda corrente de ar pelos orifícios das furações, criando um colchãode ar.Part of the ash suspension is obtained through small diameter holes arranged along the tubular elements of the grid. Part of the air from the air turbine is diverted into the grate tubes, closed at the opposite end of the air supply, forcing the flow of air through the holes in the holes, creating an air cushion.

A inclinação da grelha é ascendente emdireção à desembocadura da chama, forçando o deslizamento dascinzas para o início da grelha e depois para a caixa acumuladora,situada no fundo da câmara.The inclination of the grid is upward towards the flame outlet, forcing the sliding of the grains to the beginning of the grid and then to the accumulator box at the bottom of the chamber.

O carregamento intermitente de combustívelnovo deverá ocorrer em sincronia perfeita com a finalização daqueima da carga anterior, sendo a nova carga despejada no interiorda câmara de combustão, misturando-se com parte das cinzas emsuspensão e forçando-a para baixo e por entre os vãos da grelha,configurada de modo a evitar a passagem de granulado.Intermittent loading of fuel again should occur in perfect sync with the completion of the previous charge burn, the new charge being dumped into the combustion chamber, mixing with part of the suspended ash and forcing it down and through the grate gaps. , configured to prevent granulation from passing through.

Desta forma, e com uma grelha de disposiçãogeométrica adequada e inclinação correta, criar-se-á um ciclocontínuo, eficiente e eficaz de alimentação, combustão, retirada decinzas e de renovação de material combustível.In this way, and with a suitable geometry arrangement grid and correct inclination, an efficient, efficient and effective cyclocontinuous feed, combustion, de-chipping and refueling cycle will be created.

Testes práticos de fácil reprodução e commateriais usuais de mercado comprovaram as considerações acimae resultaram em modelos compactos de queimador, obtendo-secom pellets de capim do gênero brachiaria, de poder calorífico "a"médio de 4.000 kcal/kg (a = 4.000 kcal/kg), com teor de cinzassuperior a 1% e umidade de 8%, com os seguintes resultados:Easy-to-reproduce practical tests and common market materials have proven the above considerations and resulted in compact burner models, yielding with brachiaria grass pellets of calorific power "at" an average of 4,000 kcal / kg (a = 4,000 kcal / kg ), with ash content greater than 1% and humidity of 8%, with the following results:

1) Potência gerada superior a 3.000kW (ou3.000 kJ/s),1) Generated power exceeding 3,000 kW (or 3,000 kJ / s),

2) Volume de queima próximo a 17 kg/min e2) Burning volume close to 17 kg / min and

3) Rendimento de queima de 97,5%(η = 0,975).3) Burning yield of 97.5% (η = 0.975).

Testes adicionais foram realizados utilizando-se combustíveis com teores de cinzas de até 6%, obtendo-seresultados similares aos apresentados acima, comprovando aflexibilidade do objeto do presente.Additional tests were performed using fuels with ash content up to 6%, resulting in similar results to those presented above, proving the flexibility of the object of the present.

A magnitude e importância destes resultadosse faz evidente quando comparada aos resultados obtidos comunidades de mesmo porte dimensional, fabricadas ecomercializadas pelo maior especialista mundial do ramo, testadascom o mesmo combustível e em condições ambientais iguais, osquais foram:The magnitude and importance of these results is evident when compared to the results obtained from communities of the same size, manufactured and marketed by the world's largest expert in the field, tested with the same fuel and under equal environmental conditions, which were:

1) Potência gerada entre 550 e 1.000 kW(ou 1.000k J/s),1) Power output between 550 and 1,000 kW (or 1,000k J / s),

2) Volume de queima entre 3 e 5 kg/min e2) Burning volume between 3 and 5 kg / min and

3) Rendimento máximo de queima de 96%(Π = 0,96).3) Maximum burning efficiency of 96% (Π = 0.96).

Estes animadores resultados incentivaram oinventor a iniciar testes com unidades compactas, baseadas noprincípio objeto do presente, em unidades de aquecimento de maiorporte, obtendo grande sucesso.These encouraging results encouraged the inventor to start testing with compact units, based on the principle object of the present, on larger heating units, with great success.

Isto posto, apresenta-se o "MÓDULOCOMBUSTOR DE MASSA SÓLIDA PELLETIZADA" como umaunidade queimadora de combustível de biomassa vegetalpelletizada compacta e de alto rendimento, flexível ao tipo decombustível vegetal utilizado, estrutura de simples configuração,manutenção e montagem, comprovando seu caráter de novidade,atividade inventiva e aplicação industrial, justificando seu totalenquadramento no âmbito das Patentes de Invenção.Para melhor entendimento e visualização doobjeto da presente invenção, representam os desenhos anexos o"MÓDULO COMBUSTOR DE MASSA SÓLIDA PELLETIZADA",That said, the "PELLED SOLID PASTA MODULE" is presented as a compact and high performance plant-biomass fuel burner, flexible to the type of plant fuel used, simple configuration, maintenance and assembly structure, proving its novelty, inventive activity and industrial application, justifying its full framing within the scope of the Invention Patents. For a better understanding and visualization of the object of the present invention, the accompanying drawings represent the "PELLETIZED SOLID PASTA COMBUSER MODULE",

como segue:as follows:

A Fig. 1 representa uma vista posterior emperspectiva do módulo objeto da presente patente , evidenciandoseus elementos componentes principais;Fig. 1 is a rear perspective view of the module object of the present invention, showing its main component elements;

A Fig.2 representa uma vista anterior emperspectiva do módulo objeto da presente patente, evidenciando acâmara cilíndrica de combustão e a grelha tubular;Fig. 2 is a front perspective view of the module object of the present invention, showing the cylindrical combustion chamber and the tubular grid;

A Fig.3 representa uma vista posterior dacaixa difusora de ar, evidenciando as furações, disposição dostubos da grelha e chapa defletora de alimentação de combustível;Fig. 3 is a rear view of the air diffuser box, showing the holes, grate pipe arrangement and fuel supply deflector plate;

A Fig.4 representa uma vista ínfero-anteriorem perspectiva do módulo objeto da presente patente, evidenciandoa câmara de combustão e seus componentes internos;Fig. 4 is a lower anterior perspective view of the module object of the present invention, showing the combustion chamber and its internal components;

A Fig.5 representa uma vista ínfero-posteriorem perspectiva da câmara de combustão e da face flangeadacentral, sem a grelha tubular, evidenciando a abertura inferior paradescarte de cinzas;Fig. 5 is an inferior-posterior perspective view of the combustion chamber and central flanged face, without the tubular grid, showing the bottom opening for the ash discard;

A Fig.6 representa uma vista súpero-frontalem perspectiva da grelha da câmara de combustão, evidenciando adisposição dos furos dos tubos da grelha, bem como a orientaçãodos centros dos mesmos em direção ao centro de uma semi-elipsóide imaginária formada pela interligação das linhas centrais(5e) seqüenciais dos ditos furos, evidenciando igualmente, emefeito de lupa, o vão entre os tubos da grelha;Fig. 6 is a super-front perspective view of the combustion chamber grille, showing the grid bore hole arrangement as well as the orientation of the grille centers towards the center of an imaginary semi-ellipsoid formed by the interconnection of the central lines. (5e) sequentially of said holes, also showing, in effect of magnifying glass, the gap between the tubes of the grid;

A Fig. 7 representa uma vista lateral parcial deum exemplo de acoplamento e instalação do módulo objeto dapresente patente em unidade térmica pré-existente, evidenciando aflexibilidade da modularidade proposta.Fig. 7 is a partial side view of an example of coupling and installation of the object module of the present patent in a pre-existing thermal unit, showing the flexibility of the proposed modularity.

DESCRIÇÃO DETALHADADETAILED DESCRIPTION

"MÓDULO COMBUSTOR DE MASSASÓLIDA PELLETIZADA", objeto da presente invenção, deconformidade com o quanto representam as figuras acimarelacionadas, constitui-se por um módulo combustor (1) dotado deuma caixa difusora de ar (2) e de uma câmara cilíndrica decombustão (3), unidas entre si e possuindo uma face flangeadacentral (4), cuja borda perimétrica externa (4a) é dotada deconfiguração geométrica tal que permite a fixação do módulocombustor (1) por parafusos (PF) em unidades de aquecimento desistemas termodinâmicos, ou seja, unidades térmicas (UT) pre-existentes e já instaladas ou pertencentes a novos projetos eunidades.The object of the present invention, according to the above figures, consists of a combustion module (1) with an air diffuser housing (2) and a cylindrical combustion chamber (3). , joined together and having a central flanged face (4), whose outer perimeter edge (4a) is provided with geometric configuration such that the screw module (1) can be fixed by screws (PF) in heating units thermodynamic systems, ie units pre-existing thermal plants (TUs) already installed or belonging to new projects and units.

A caixa difusora de ar (2) possui uma turbina(2a) de descarga tangencial disposta em sua parte posterior,acoplada a um motor (2b) montado sobre uma plataforma de apoio(2c), sendo que a turbina (2a) insufla ar captado do ambienteexterno para o interior da caixa difusora (2) através de um duto deentrada (2d), sendo o volume de ar conduzido para a câmaracilíndrica (3) através de diversas entradas de ar da face flangeadacentral (4).The air diffuser housing (2) has a tangential discharge turbine (2a) arranged at its rear, coupled to a motor (2b) mounted on a support platform (2c), and the turbine (2a) inflates captured air. from the external environment into the diffuser housing (2) through an inlet duct (2d), the air volume being directed to the cylindrical chamber (3) through various air inlets from the central flanged face (4).

A câmara cilíndrica de combustão (3) éformada por um manto externo (3a) e um manto interno (3b),concêntricos, sendo a extremidade anterior do manto interno (3b)dotada de furos de passagem (3c), que direcionam parte do aradvindo da caixa difusora (4) para o interior da câmara cilíndrica decombustão (3) e o restante para a saída da chama (3d),ocasionando turbilhonamento adicional próximo à base da chama,melhorando o desempenho da queima.The cylindrical combustion chamber (3) is formed by a concentric outer mantle (3a) and an inner mantle (3b), the front end of the inner mantle (3b) having through-holes (3c) which direct part of the aradvindo from the diffuser housing (4) into the cylindrical combustion chamber (3) and the remainder to the flame outlet (3d), causing further swirling near the base of the flame, improving the burning performance.

A face flangeada central (4) possui em suaparte superior interna uma coroa de furações (4b) para a formaçãoe direcionamento da chama, cujo furo central (4c) coincide com oeixo central da câmara cilíndrica (3), além de furos laterais (4d) paraa alimentação de ar do espaço anelar formado por manto externo(3a) e interno (3b) da câmara de combustão (3).The central flanged face (4) has in its inner upper part a hole (4b) for forming and directing the flame, whose central hole (4c) coincides with the central axis of the cylindrical chamber (3), as well as side holes (4d). for air supply to the annular space formed by the outer (3a) and inner (3b) mantle of the combustion chamber (3).

Na mesma face flangeada central (4),encontra-se disposta uma chapa defletora (4e) para a regulagem daalimentação de combustível subministrada pela tubulação dealimentação (2e), ocorrendo a inserção por turbilhonamento domaterial sólido no interior da câmara de combustão (3).On the same central flanged face (4), a deflector plate (4e) is arranged for the regulation of the fuel feed supplied by the feed pipe (2e), and the solid material swirls into the combustion chamber (3).

Fixados à face flangeada (4) estão os tubos(5a) da grelha (5), dotados de furos (5b), alinhados e enfileirados aolongo dos tubos (5a), sendo radialmente dispostos e providos delinha central apontando para o centro de origem (5c) da semi-elipsóide (5d) imaginária formada pela interligação das linhascentrais (5e) seqüenciais dos furos (5b) dos tubos (5a) da grelha(5).Attached to the flanged face (4) are the tubes (5a) of the grid (5), provided with holes (5b), aligned and lined up along the tubes (5a), being radially arranged and provided with a central line pointing to the center of origin ( 5c) of the imaginary semi-ellipsoid (5d) formed by the interconnection of the sequential centerlines (5e) of the holes (5b) of the grid tubes (5a).

A dita grelha (5) possui seus tubos (5a)alinhados em direção à saída da chama (3d), sendo seus eixoscentrais paralelos uns aos outros ou formando pequenos ângulosentre si, uma vez que a grelha (5) é inclinada ascendentemente emdireção à saída de chama (3d), formando um berço de queimainclinado e arredondado.Os vãos (5f) entre os tubos (5a) da grelha (5)devem ser sempre menores do que o diâmetro mínimo da matériapelletizada, padronizado e informado previamente pelo fabricantedos pellets, para possibilitar a passagem das cinzas e a quedadestas, por gravidade, para o interior de um compartimento decinzas a ser disposto sob a abertura inferior (3e) da câmaracilíndrica (3), podendo esta abertura inferior (3e) ser fornecida comuma tampa de serviço (3f).Said grid (5) has its tubes (5a) aligned towards the flame outlet (3d), its central axes being parallel to each other or forming small angles to each other, since the grid (5) is inclined upwardly towards the exit. (3d), forming an inclined and rounded firing cradle. The gaps (5f) between the tubes (5a) of the grid (5) must always be smaller than the minimum diameter of the pelletized material, previously standardized and informed by the manufacturer of pellets, to allow the ashes and gravity to pass into a gray compartment to be disposed under the lower opening (3e) of the cylindrical chamber (3), which lower opening (3e) may be provided with a service cover ( 3f).

Para melhor detalhamento da proposta deoperação otimizada do objeto da presente invenção, dar-se-á adescrição da seqüência de queima do "MÓDULO COMBUSTOR DEMASSA SÓLIDA PELLETIZADA", partindo-se de uma câmara decombustão (3) repleta de matéria pelletizada já inflamada, porexemplo, através de chama piloto ou resistência elétrica,convencionalmente utilizados em queimadores.For further details of the proposed optimal operation of the object of the present invention, the firing sequence of the "PELLETIZED SOLID MASS COMBUSER MODULE" will be described starting from a blast chamber (3) filled with already inflamed pelletized matter, for example. , through pilot flame or electrical resistance, conventionally used in burners.

A matéria comburente fresca é introduzida nacâmara (3) por meio da tubulação de alimentação (2e), passandopela chapa defletora (4e) e sendo soprada sobre o leito defluidização mínima, leito este formado sobre a superfície curvada dagrelha (5) por conta da corrente de ar proveniente dos furos (5b)dos tubos (5a), em corrente ascendente e movida em direção aocentro de origem (5c) dos furos (5b).The fresh oxidizing matter is introduced into the chamber (3) by means of the feed pipe (2e), passing through the deflector plate (4e) and being blown over the minimum defluidization bed, which is formed on the curved surface of the grill (5) by the current. air from the holes (5b) of the pipes (5a), upstream and moved toward the original center (5c) of the holes (5b).

Sobre este leito fluidizado já se encontramsuspensas cinzas da matéria consumida no início da operação, aqual é pressionada pela matéria fresca em início de combustão parabaixo e por entre os vãos (5f) da grelha.On this fluidized bed are already suspended ashes of the material consumed at the beginning of the operation, which is pressed by the fresh matter at the beginning of combustion below and between the spans (5f) of the grid.

As correntes de ar advindas da coroa defurações (4b) e do furo central (4c) da face flangeada (4), provocama projeção da chama em direção horizontal e no sentido da saídade chama (3d), sendo o turbilhonamento necessário obtido por meiode ar e combustível projetados através da chapa defletora (4e)perpendicularmente ao eixo central da câmara de combustão (3).The air currents from the boring crown (4b) and the central hole (4c) of the flanged face (4) cause the flame to project horizontally and towards the flame exit (3d), with the necessary whirling obtained by means of air. and fuel projected through the baffle plate (4e) perpendicular to the central axis of the combustion chamber (3).

O ar proveniente dos furos laterais (4d), porsua vez, é guiado pelo vão anelar formado entre o manto externo(3a) e interno (3b) da câmara de combustão (3), desembocando nasaída de chama (3d) e provocando novo turbilhonamento de ar echama por meio da ação combinada dos furos de passagem (3c) edo encontro deste fluxo com o fluxo gerado a partir da coroa defurações (4b) e furo central (4c).The air from the side holes (4d) is in turn guided by the annular gap formed between the outer (3a) and inner (3b) of the combustion chamber (3), leading to the flame outlet (3d) and causing further swirling. air flows through the combined action of the through-holes (3c) and the matching of this flow with the flow generated from the bore crown (4b) and center hole (4c).

Uma vez consumida a carga de materialcomburente, alimenta-se novamente a câmara de combustão (3),repondo matéria pelletizada que cairá sobre a região da grelha (5) eas cinzas em suspensão sobre a corrente de ar dos furos (5b) dostubos (5a) da grelha (5), enquanto as correntes de ar descritasacima se incumbem de manter ativo o fluxo de ar e a constância dachama.Once the fuel material charge has been consumed, the combustion chamber (3) is fed again, replenishing pelletized matter which will fall over the grid region (5) and the ashes suspended over the air stream of the holes (5b) of the pipes (5a). ) of the grid (5), while the above described air currents are in charge of keeping the air flow and the dacha constancy active.

Forma-se um fluxo combinado de ar, materialfresco e cinzas, permitindo tanto a queima uniforme de materialfresco subministrado quanto o descarte constante de materialintegralmente queimado, bem como a manutenção ininterrupta deuma chama direcionada para o exterior da câmara (3) e para ointerior da unidade térmica a ser aquecida.A combined flow of air, cool material and ash is formed, allowing for both uniform burning of supplied cold material and constant disposal of fully burnt material, as well as uninterrupted maintenance of a flame directed to the outside of the chamber (3) and inside the unit. thermal to be heated.

Claims

1. "PELLED PASTA SOLID COMBUSER MODULE", for modular coupling in pre-existing and installed or new thermal units (UT), characterized in that said fuel module (1) is supplied in one compact piece, with air diffuser housing (2) , cylindrical combustion chamber (3), central flanged face (4) and tubular grille (5).

"PELLED PASTA SOLID COMBUSTER MODULE" according to claim 1, wherein said air diffuser housing (2) is provided with a turbulent discharge turbine (2a), drive motor (2b), support platform (2c) , inlet duct (2d) and feed pipe (2e), characterized in that the air diffusion box (2) is coupled directly to the cylindrical combustion chamber (3) via a central flanged face (4).

3. "PELLED PASTA SOLID COMBUSER MODULE" according to claim 1, wherein said cylindrical combustion chamber (3) is provided with flame outlet (3d) and lower opening (3e) and is characterized by having concentric mats, called outer mantle (3a) and inner mantle (3b), the inner mantle (3b) having through-holes (3c) radially disposed at their anterior end near the flame outlet (3d).

"PELLED PASTA SOLID COMBUSTER MODULE" according to claim 1, wherein the central flanged face (4) is provided with an outer perimeter lip (4a), boring crown (4b), central bore (4c), side holes (4d) and baffle plate (4e).

"PELLED PASTA SOLID COMBUSTION MODULE" according to claims 1 and 4, wherein said deflecting plate (4e) is arranged to direct the fuel flow from the perpendicular axis feed pipe (2e). to the horizontal plane and descending direction.

6. "PELLED MASSASOLID COMBUSTER MODULE" according to claim 1, wherein said tubular grate (5) is inclined upwardly towards the flame outlet (3d) and characterized by a cradle or burner bed formed by tubes (5a) provided with holes (5b) inflated by air from the air diffusion box (2), spaced apart (5f).

"PELLED MASSASOLID COMBUSTER MODULE" according to claims 1 and 6, wherein said holes (5b) in the tubular grid (5) are characterized radially disposed along the tubes (5a) and provided with the central line (5e). ) pointing to the center of origin (5c) of a semi-ellipsoid (5d) formed by the interconnection of the sequential centerlines (5e) of the holes (5b) of the tubes (5a) of the grid (5).