BRPI1001478A2 - central air jet biomass burner - Google Patents
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Abstract
QUEIMADOR DE BIOMASSA POR JATO DE AR CENTRAL. Um aparelho de combustão capaz de queimar combustível à base de biomassa incluindo um conjunto de queimador que inclui um bocal para biomassa circundado concentricamente por uma zona de ar de núcleo e que se estende axialmente ao longo do comprimento da zona de ar de núcleo, residindo o conjunto de queimador dentro de uma caixa de vento, sendo a caixa de vendo fixada a uma fornalha de uma caldeira, e sendo o conjunto de queimador conectado à fornalha por uma garganta de queimador através do qual ar e combustível fornecidos ao conjunto de queimador são emitidos para dentro da fornalha.BIOMASS BURNER BY CENTRAL AIR JET. A combustion apparatus capable of burning biomass-based fuel including a burner assembly that includes a biomass nozzle concentrically surrounded by a core air zone and extending axially along the length of the core air zone, the burner set within a wind box, the viewing box being attached to a boiler furnace, and the set of burners connected to the furnace by a burner throat through which air and fuel supplied to the burner set are emitted into the furnace.
Description
"QUEMADOR DE BIOMASSA POR JATO DE AR CENTRAL""BIOMASS FEMALE BY CENTRAL AIR JET"
CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION
A presente invenção se refere em linhas gerais ao campo de aparelhos queimado- res industriais para conduzir funções de combustão para a geração de energia.The present invention relates broadly to the field of industrial burner apparatus for conducting combustion functions for power generation.
Conforme usado no presente documento, o termo "biomassa" descreve uma faixa ampla de matéria orgânica derivada de diversos organismos vivos, ou que tenham recente- mente vivido, tais como gramíneas e produtos de madeira. As fontes de biomassa incluem árvores, arbustos, arvoretas, vegetação residual de colheita de grãos e de hortaliças. A bio- massa é habitualmente material vegetal colhido para gerar eletricidade ou para produzir ca- lor. A biomassa pode também incluir resíduos biodegradáveis de origem orgânica que po- dem ser queimados como combustível.As used herein, the term "biomass" describes a broad range of organic matter derived from various living or newly living organisms such as grass and wood products. Sources of biomass include trees, shrubs, trees, residual crop and vegetable vegetation. Biomass is usually plant material harvested to generate electricity or to produce heat. Biomass may also include biodegradable waste of organic origin that can be burned as fuel.
A biomassa difere de combustíveis fósseis que são hidrocarbonetos encontrados na camada de topo da crosta terrestre. Exemplos comuns de combustíveis fósseis incluem car- vão e petróleo. Ao contrário dos combustíveis fósseis, os combustíveis provenientes da bi- omassa são geralmente considerados como neutros no tocante a CO2 e como recursos re- nováveis, uma vez que o CO2 gerado pela combustão da biomassa pode ser removido da atmosfera pelas plantas que fornecem a biomassa.Biomass differs from fossil fuels which are hydrocarbons found in the top layer of the earth's crust. Common examples of fossil fuels include coal and oil. Unlike fossil fuels, biofuel fuels are generally considered to be CO2 neutral and renewable resources, since CO2 generated by the combustion of biomass can be removed from the atmosphere by plants supplying biomass. .
Como as propriedades físicas e a composição química da biomassa diferem muito das do carvão, os combustíveis provenientes da biomassa para a geração de energia vêm sendo historicamente utilizados como combustível primário ou auxiliar em caldeiras de tipo de alimentação e de leito fluido. Tais caldeiras não dependem de queimadores, permitindo deste modo tempo de residência na fornalha significativamente maior para a combustão e têm consequentemente exigências menos drásticas de preparação de combustível.As the physical properties and chemical composition of biomass differ greatly from those of coal, biomass fuels for power generation have historically been used as primary or auxiliary fuel in feed-type and fluid bed boilers. Such boilers do not depend on burners, thus allowing significantly longer furnace residence time for combustion and consequently have less drastic fuel preparation requirements.
As preocupações com o aquecimento global associado com emissões de gases de efeito estufa fizeram aumentar o interesse no desenvolvimento de novas tecnologias para permitir o uso difundido de recursos renováveis para a geração de energia. Uma tal área de interesse consiste no uso de combustíveis provenientes da biomassa em queima em sus- pensão, em que tempos de residência curtos na fornalha exigem partículas finas para uma combustão eficiente.Concerns about global warming associated with greenhouse gas emissions have raised interest in the development of new technologies to allow the widespread use of renewable resources for power generation. One such area of interest is the use of biomass fuels in standby burning, where short furnace residence times require fine particles for efficient combustion.
A queima de carvão pulverizado é o meio principal de queima em suspensão na in- dústria de geração de energia. Em uma primeira etapa, o carvão é mecanicamente pulveri- zado em partículas finas. As partículas são então subseqüentemente transportadas em sus- pensão em uma corrente de ar primária a um queimador, ejetando o queimador a mistura de ar/combustível em uma fornalha para combustão. Os tempos de residência são nominal- mente de 1 - 2 segundos, o que é normalmente suficiente para uma combustão completa do carvão pulverizado com dimensões de partículas adequadas.Burning pulverized coal is the main means of suspended burning in the power generation industry. In a first step, the coal is mechanically pulverized into fine particles. The particles are then subsequently suspended in a primary air stream to a burner by ejecting the burner into the air / fuel mixture in a combustion furnace. The residence times are nominally 1-2 seconds, which is normally sufficient for a complete combustion of pulverized coal with suitable particle sizes.
A queima de biomassa em caldeiras alimentadas com carvão pulverizado está se tornando cada vez mais disseminado como uma estratégia para a redução de gases de efei- to estufa. Para habilitar esta estratégia há a necessidade de se desenvolver um queimador capaz de utilizar eficazmente combustíveis provenientes da biomassa em queima em suspensão.Biomass burning in pulverized coal fired boilers is becoming increasingly widespread as a strategy for reducing greenhouse gases. To enable this strategy there is a need to develop a burner capable of effectively utilizing biomass fuels in suspended burning.
A queima de combustíveis provenientes da biomassa se depara com muitos desafi- os técnicos. Em comparação com carvão betuminoso, os combustíveis à base de biomassa têm valores de aquecimento significativamente inferiores e uma maior concentração de ma- terial volátil. O valor de aquecimento é inversamente proporcional ao teor de umidade, de modo tal, que ele chega a ter de 25 % a 75 % do carvão betuminoso típico. A umidade na biomassa freqüentemente será reduzida antes de se queimar por motivos de manuseio de material e para melhorar a eficiência e capacidade de processo. Mesmo assim, queimar-se biomassa em vez de carvão exige uma quantidade consideravelmente maior de massa combustível para se atingir um rendimento de calor comparável. Além disso, embora a natu- reza extremamente volátil d biomassa torna o combustível inerentemente fácil de queimar, o alto teor de umidade pode retardar a ignição. A ignição retardada é especialmente indesejá- vel em queima em suspensão.Burning fuels from biomass faces many technical challenges. Compared to bituminous coal, biomass-based fuels have significantly lower heating values and a higher concentration of volatile material. The heating value is inversely proportional to the moisture content, so that it reaches 25% to 75% of the typical bituminous coal. Moisture in biomass will often be reduced before burning for material handling reasons and to improve process efficiency and capacity. Even so, burning biomass instead of coal requires considerably more fuel mass to achieve comparable heat output. In addition, while the extremely volatile nature of biomass makes the fuel inherently easy to burn, the high moisture content can retard ignition. Delayed ignition is especially undesirable in suspended burning.
Uma outra preocupação com combustíveis à base de biomassa é o fato dessa bio- massa não ter sido processada até o mesmo tamanho de partícula que o carvão pulveriza- do. A experiência indica que uma queima em suspensão bem sucedida pode ser obtida com partículas de madeira de 0,0625 pol (0,15875 cm) em comparação com o tamanho no má- ximo para o carvão pulverizado de 0,012 pol (0,03048 cm). O volume das partículas varia pelo diâmetro ao cubo, assim as partículas de madeira têm aproximadamente 150 vezes o volume de partículas de carvão maiores usadas para queima em suspensão. O volume mai- or da biomassa assim exige uma rápida ignição e uma rápida combustão para permitir o uso de biomassa em fornalhas projetadas para a queima de carvão pulverizado.Another concern with biomass-based fuels is that this biomass has not been processed to the same particle size as pulverized coal. Experience indicates that a successful suspended burning can be achieved with 0.0625 in. (0.15575 cm) wood particles compared to the maximum size for 0.012 in. (0.03048 cm) pulverized coal. . Particle volume varies by cube diameter, so wood particles are approximately 150 times the volume of larger coal particles used for suspension burning. The larger volume of biomass thus requires rapid ignition and rapid combustion to allow the use of biomass in furnaces designed to burn pulverized coal.
Uma técnica conhecida de se utilizar a biomassa em queima em suspensão é a queima de biomassa em combinação. Nesta técnica a biomassa em partículas é combinada com carvão pulverizado e ar primário em uma única corrente. A corrente combinada é então introduzida na fornalha. Este técnica é, no entanto, de praticidade limitada devido à veloci- dade resultante de bocal de queimador que é necessária para manter so dois tipos de partí- culas em suspensão. Uma velocidade excessiva no bocal de queimador resulta em instabili- dade da chama, em ignição retardada e em um desempenho de combustão precário.A known technique for using suspended burning biomass is combustion of biomass. In this technique particulate biomass is combined with pulverized coal and primary air in a single stream. The combined current is then introduced into the furnace. This technique is, however, of limited practicality due to the resulting burner nozzle speed that is required to hold both types of particulate matter in suspension. Excessive burner burner speed results in flame instability, retarded ignition, and poor combustion performance.
Assim, continua a haver a necessidade de se desenvolver um meio para uma alter- nativa eficiente e eficaz para a combustão do carvão para a geração de energia e um meio para propiciar a combustão generalizada de um combustível neutro do ponto de vista do carbono para aplicações na geração de energia.Thus, there remains a need to develop a means for an efficient and effective alternative to the combustion of coal for power generation and a means for providing widespread combustion of a carbon neutral fuel for applications. in power generation.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO As modalidades d presente invenção propõem um aparelho de combustão inédito. Mais especificamente, as modalidades da presente invenção propõem um aparelho de com- bustão de queimar combustível à base de biomassa e de alternar entre queima de biomassa e queima de carvão, conforme a necessidade, e/ou a combustão de uma combinação de combustíveis de carvão e à base de biomassa simultaneamente.SUMMARY OF THE INVENTION Embodiments of the present invention propose a novel combustion apparatus. More specifically, embodiments of the present invention propose a combustion apparatus for burning biomass-based fuel and switching between biomass burning and coal burning as needed, and / or combustion of a combination of coal fuels. and biomass-based simultaneously.
As modalidades da presente invenção aumentam a capacidade de queimadores da técnica anterior. A patente U.S. No. 7.430.970 concedida a LaRue et al (patente '970) é pelo presente documento incorporada ao presente documento a título de referência integralmente.Embodiments of the present invention increase the ability of prior art burners. U.S. Patent No. 7,430,970 issued to LaRue et al ('970 patent) is hereby incorporated herein by reference in its entirety.
A presente invenção é um melhoramento dos queimadores da técnica anterior por proporcionar um dispositivo inédito para a combustão de combustíveis renováveis, incluindo, sem limitação, biomassa.The present invention is an improvement of prior art burners by providing an unprecedented device for combustion of renewable fuels including, without limitation, biomass.
As modalidades da presente invenção propõem um método e aparelho superiores para a queima de biomassa em combinação com carvão pulverizado.Embodiments of the present invention propose a superior method and apparatus for burning biomass in combination with pulverized coal.
Um aparelho de combustão capaz de queimar combustível à base de biomassa in- cluindo um conjunto queimador que inclui um bocal para biomassa circundado concentrica- mente por uma zona de núcleo de ar e se estendendo axialmente ao longo do comprimento da zona de núcleo de ar, o conjunto queimador residindo no interior de uma caixa de vento, sendo a caixa de vento conectada a uma fornalha de uma caldeira e sendo o conjunto queimador conectado à fornalha por uma garganta de queimador, através do qual ar e com- bustível fornecidos ao conjunto queimador são emitidos para dentro da fornalha.A combustion apparatus capable of burning biomass fuel including a burner assembly including a biomass nozzle concentrically surrounded by an air core zone and extending axially along the length of the air core zone, the burner assembly residing within a windbox, the windbox being connected to a boiler furnace and the burner assembly being connected to the furnace by a burner throat, through which air and fuel supplied to the burner assembly are emitted into the furnace.
Em modalidades da presente invenção, o aparelho inclui um ventilador de tiragem forçada fornecendo um primeiro suprimento de ar à caixa de vento, um duto de ar de núcleo, confinando a zona de núcleo de ar, para receber uma porção de núcleo do primeiro supri- mento de ar, tendo o duto de ar de núcleo um registro de tiragem de núcleo para regular a porção de núcleo que entra no duto de ar de núcleo, um bocal de núcleo para receber a por- ção de núcleo do duto de ar de núcleo, fornecendo o bocal de núcleo a porção de núcleo à garganta do queimador, um joelho de queimador para receber carvão pulverizado e um se- gundo suprimento de ar, continuando o carvão pulverizado e o segundo suprimento de ar através de um bocal para carvão em um ânulo formado entre o bocal de núcleo e o bocal de carvão, servindo a porção de núcleo para acelerar a ignição do carvão pulverizado por con- tato com um cilindro interno de jato de carvão que sai do bocal de carvão, servindo a porção de núcleo também para acelerar a combustão.In embodiments of the present invention, the apparatus includes a forced draft fan supplying a first air supply to the windbox, a core air duct, confining the air core zone, to receive a core portion of the first supply. air core having the core air duct a core draft to regulate the core portion entering the core air duct, a core nozzle for receiving the core portion of the core air duct , the core nozzle providing the core portion to the burner throat, a pulverized coal burner knee and a second air supply, the pulverized coal continuing and the second air supply through a coal nozzle in a The annulus formed between the core nozzle and the carbon nozzle, the core portion serving to accelerate ignition of the pulverized coal by contact with an internal coal jet cylinder exiting the coal nozzle, shall be coming to the core portion also to accelerate combustion.
As diversas características inéditas que caracterizam a invenção são apontadas com a particularidade nas reivindicações anexadas e fazendo parte desta invenção. Para uma melhor compreensão da invenção, suas vantagens operacionais e objetos específicos obtidos com os seus usos, faz-se referência ao desenho apenso e ao assunto descritivo em que é ilustrada uma modalidade preferida da presente invençãoThe various novel features which characterize the invention are pointed out with particularity in the appended claims and forming part of this invention. For a better understanding of the invention, its operational advantages and specific objects obtained from its uses, reference is made to the attached drawing and the descriptive subject matter in which a preferred embodiment of the present invention is illustrated.
DESCRIÇÃO SUCINTA DO DESENHOBRIEF DESCRIPTION OF DRAWING
Nos desenhos:In the drawings:
A Figura 1 é uma vista em elevação lateral esquemática de uma modalidade da presente invenção.Figure 1 is a schematic side elevational view of an embodiment of the present invention.
A Figura 2 é uma vista em elevação lateral esquemática de uma modalidade alter- nativa da presente invenção.Figure 2 is a schematic side elevational view of an alternative embodiment of the present invention.
A Figura 3 é uma vista em elevação lateral esquemática de uma modalidade alter- nativa da presente invenção.Figure 3 is a schematic side elevational view of an alternative embodiment of the present invention.
A Figura 4 é uma vista em seção transversal esquemática de uma modalidade da presente invenção que identifica as zonas concêntricas da presente invenção.Figure 4 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the present invention identifying the concentric zones of the present invention.
DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDASDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Referindo-nos às figuras, em que números de referência indicam os mesmos ele- mentos ou elementos funcionalmente análogos em todos os diversos desenhos, a Figura 1 mostra um conjunto de queimador 1 residente na caixa de vento 2, que é fixada à fornalha 3 de uma caldeira (não mostrada). Ar secundário 22 é fornecido à caixa de vento 2 por um ventilador de tiragem forçada (não mostrado e aquecido por um pré-aquecedor de ar (não mostrado). O conjunto de queimador 11 é conectado à fornalha 3 por garganta de queima- dor 4 através do qual ar e combustível fornecidos ao conjunto de queimador 1 são emitidos para dentro da fornalha 3. Uma porção do ar secundário 2 constitui o ar de núcleo 5. O ar de núcleo 5 entra no duto para ar de núcleo 6 e é regulada pelo registro de tiragem para ar de núcleo 7. O ar de núcleo 5 continua atravessando o conjunto de queimador 1 através do bocal para núcleo 8 saindo através da garganta de queimador 4.Referring to the figures, in which reference numerals indicate the same functionally analogous elements or elements in all the various drawings, Figure 1 shows a burner assembly 1 resident in the windbox 2 which is attached to the furnace 3 of a boiler (not shown). Secondary air 22 is supplied to the windbox 2 by a forced draft fan (not shown and heated by an air preheater (not shown). Burner assembly 11 is connected to furnace 3 by burner throat 4 whereby air and fuel supplied to the burner assembly 1 is emitted into the furnace 3. A portion of the secondary air 2 constitutes the core air 5. The core air 5 enters the core air duct 6 and is regulated by the draft for core air 7. Core air 5 continues to pass through burner assembly 1 through core nozzle 8 exiting through burner throat 4.
O ar secundário 22 é também fornecido ao conjunto de queimador (designado ar secundário ao conjunto de queimador 9). O ar secundário 22 entra no conjunto de queima- dor 1 e se desloca por trajetos de fluxo paralelos da zona de ar interna 10 e da zona de ar externa 11. Defletores de remoinho nestas zonas servem para fazer ar secundário 22 formar remoinhos para facilitar a ignição e a combustão de ar secundário 22 que entra em contato com a corrente de carvão pulverizado. Um defletor de separação de ar 12 na saída da zona externa 11 atua para aumentar o tamanho de uma zona de recirculação interna (IRZ) forma- da pelas forças aerodinâmicas resultante. O carvão pulverizado e o ar primário 13 entram no joelho de queimador 14 e continuam atravessando o bocal para carvão 15, no ânulo forma- do entre o bocal para núcleo 8 e bocal para carvão 15. O ar de núcleo 5 serva para acelerar a ignição de carvão pulverizado por entrada em contato com o cilindro interno do jato de carvão (não mostrado) que sai do bocal de carvão 15; e serve para acelerar a combustão por um "efeito de fole" fornecendo ar ao centro da chama. LaRue '970 faz uma discussão detalhada sobre a ignição acelerada referente ao ar de núcleo. O conjunto de queimador 1 de acordo com as modalidades da presente invenção pode ser operado em combinação com um sistema de ar sobre fogo ("OFA") (não mostra- do). Uma pç do ar secundário 22 fornecido à fornalha para combustão é fornecido ao siste- ma OFA1 de modo tal que a quantidade total do ar fornecido ao conjunto de queimador 1 é inferior às exigência teóricas de ar. Isto produz um ambiente redutor na fornalha antes de se fornecer o OFA. A combustão acelera, a chama de temperatura mais elevada e IRZ maior todos servem para reduzir mais efetivamente NOx em condições redutoras.Secondary air 22 is also supplied to the burner assembly (designated secondary air to the burner assembly 9). Secondary air 22 enters burner assembly 1 and travels in parallel flow paths from internal air zone 10 and external air zone 11. Whirling baffles in these zones serve to cause secondary air 22 to swirl to facilitate ignition and secondary air combustion 22 which comes in contact with the pulverized coal stream. An air separation baffle 12 at the outer zone outlet 11 acts to increase the size of an inner recirculation zone (IRZ) formed by the resulting aerodynamic forces. The pulverized coal and primary air 13 enter burner knee 14 and continue to pass through the coal nozzle 15 at the annulus formed between core nozzle 8 and coal nozzle 15. Core air 5 serves to accelerate ignition pulverized coal in contact with the internal coal jet cylinder (not shown) exiting the coal nozzle 15; and serves to accelerate combustion by a "bellows effect" by supplying air to the center of the flame. LaRue '970 makes a detailed discussion of accelerated ignition for core air. The burner assembly 1 according to the embodiments of the present invention may be operated in combination with an air on fire ("OFA") system (not shown). One part of the secondary air 22 supplied to the combustion furnace is supplied to the OFA1 system such that the total amount of air supplied to the burner assembly 1 is less than the theoretical air requirements. This produces a reducing furnace environment prior to providing OFA. Combustion accelerates, higher temperature flame and higher IRZ all serve to more effectively reduce NOx in reducing conditions.
Em modalidades da presente invenção, a biomassa pode ser preparada para queima em suspensão usando-se desfibradores, trituradores de martelos e semelhantes (não mostrados), coletada e regulada na taxa de introdução por um alimentador sem fim ou dis- positivo equivalente (não mostrado) e transportada pneumaticamente ao conjunto de quei- mador 1 através de um conduto adequado. O conduto fornece biomassa e ar de transporte 16 através de um joelho 14 cuja saída está situada no eixo do queimador 1.In embodiments of the present invention, biomass may be prepared for suspension firing using shredders, hammer crushers and the like (not shown), collected and regulated at the rate of introduction by an endless feeder or equivalent device (not shown). ) and pneumatically conveyed to burner assembly 1 via a suitable conduit. The conduit supplies biomass and transport air 16 through a knee 14 whose outlet is located on the burner axis 1.
Em algumas modalidades, um redutor 17 pode ser usado para reduzir a área em seção transversal do bocal para biomassa 18 à medida que o bocal atravessa o joelho de queimador 14 e continua por fora do duto para ar de núcleo 16. Um redutor 17 serve para reduzir a obstrução de fluxo à medida que o bocal para biomassa 18 se estende através do comprimento do conjunto de queimador 1. Na proximidade da extremidade da fornalha do conjunto de queimador 1, o diâmetro da ponta do bocal para biomassa 19 pode ser expan- dido conforme mostrado (Figura 1) para reduzir a velocidade de saída da biomassa até o valor ótimo para combustão. Em determinadas modalidades a velocidade de saída varia entre aproximadamente 1500 pés/min (457,2 m/min) e aproximadamente 5000 pés/min (1524 m/min) variando, de preferência entre aproximadamente 3000 pés/min (914,4 m/min) e 4000 pés/min (1219,2 m/min).In some embodiments, a reducer 17 may be used to reduce the cross-sectional area of the biomass nozzle 18 as the nozzle passes through the burner knee 14 and continues outside the core air duct 16. A reducer 17 serves to reduce flow obstruction as the biomass nozzle 18 extends across the length of the burner assembly 1. Near the furnace end of the burner assembly 1, the diameter of the biomass nozzle tip 19 can be expanded as shown (Figure 1) to reduce the biomass exit velocity to the optimal value for combustion. In certain embodiments the exit speed ranges from approximately 1500 ft / min (457.2 m / min) to approximately 5000 ft / min (1524 m / min), preferably from approximately 3000 ft / min (914.4 m / min). min) and 4000 ft / min (1219.2 m / min).
Em outras modalidades o ar do núcleo 5 que envolve a ponta do bocal para bio- massa 19 serve para acelerar a ignição da biomassa à medida que ela entra na garganta do queimador 4, e fornece ar para alimentar a combustão à medida que a biomassa progride para dentro da fornalha. O ar do núcleo secundário quente que envolve o bocal para bio- massa fornece calor para permitir uma remoção adicional da umidade do combustível à ba- se de biomassa fornecendo ao mesmo tempo ao combustível um oxidante par facilitar a ig- nição e a combustão. Isto resolve os problemas relacionados com uma ignição e combustão retardadas associadas com a queima de biomassa em queimadores da técnica anterior. O registro de tiragem de ar do núcleo 7 é ajustado para fornecer ar do núcleo 5 em uma quan- tidade tal que minimize as emissões de NOx quando se queima biomassa em combinação com carvão pulverizado. Das vezes em que a biomassa não estiver sendo queimada, o sis- tema de fornecimento de biomassa (não mostrado) que serve ao conjunto de queimador 1 é desligado e a válvula 23 é fechada. A válvula 21 é então aberta e ajustada em combinação com o registro de tiragem do núcleo 7 para fornecer a quantidade ótima de ar de núcleo 5 necessária para a minimização de NOx quando se queima o carvão em partículas. Quando se deve queimar biomassa, fecha-se a válvula 21 e abre-se a válvula 23 para admitir bio- massa e ar de transporte 16.In other embodiments, core air 5 surrounding the tip of the biomass nozzle 19 serves to accelerate ignition of the biomass as it enters the throat of burner 4, and provides air to fuel combustion as the biomass progresses. into the furnace. Hot secondary core air surrounding the biomass nozzle provides heat to allow for additional moisture removal from the biomass fuel while providing the fuel with an oxidizer to facilitate ignition and combustion. This solves the problems related to retarded ignition and combustion associated with biomass burning in prior art burners. The core 7 draft is adjusted to provide core 5 air to such an extent as to minimize NOx emissions when burning biomass in combination with pulverized coal. When biomass is not being burned, the biomass supply system (not shown) serving burner assembly 1 is shut off and valve 23 is closed. Valve 21 is then opened and adjusted in combination with core draft 7 to provide the optimal amount of core air 5 required for NOx minimization when burning particulate coal. When biomass is to be burned, valve 21 is closed and valve 23 is opened to allow biomass and transport air 16.
Com referência agora à Figura 4, é mostrada uma seção transversal esquemática do conjunto de queimador 1 da presente invenção podendo-se identificar cinco zonas distin- tas do conjunto de queimador 1. Uma zona de biomassa 32 definida pelo bocal de biomassa 18 é concentricamente circundado por uma zona de ar de núcleo 44 definida pela área entre o bocal para biomassa 81 e o bocal para núcleo 8. Um bocal para carvão 15 envolve con- centricamente o bocal para carvão 8 definindo uma primeira zona anular 47 em que correm em conjunto o carvão pulverizado e o ar primário (PC/PA) 13. Um barril 42 circunda concen- tricamente o bocal para carvão 15 e define a zona de ar interna 10 dentro do barril 42 e uma zona de ar externa 11 fora do barril 42.Referring now to Figure 4, a schematic cross-section of the burner assembly 1 of the present invention is shown. Five distinct zones of the burner assembly 1 can be identified. A biomass zone 32 defined by the biomass nozzle 18 is concentrically surrounded. by a core air zone 44 defined by the area between the biomass nozzle 81 and the core nozzle 8. A coal nozzle 15 concentrically surrounds the coal nozzle 8 defining a first annular zone 47 in which the carbon nozzle runs together. pulverized coal and primary air (PC / PA) 13. A barrel 42 concentrically surrounds the coal nozzle 15 and defines the internal air zone 10 within the barrel 42 and an external air zone 11 outside the barrel 42.
Embora tenha sido mostrada uma modalidade preferida, podem também ser obtidas modalidades alternativas sem que haja desvio do âmbito da presente invenção.Although a preferred embodiment has been shown, alternative embodiments may also be obtained without departing from the scope of the present invention.
Uma modalidade alternativa inclui um tubo reto sem redutor 17 (Figura 2) e/ou sem expansão na extremidade de fornalha do bocal para biomassa 18. Nesta modalidade, a al- ternativa de um bocal para biomassa 18 mais curto ou em recesso é também mostrado, terminando então a ponta de bocal para biomassa 19 dentro do bocal para núcleo 8 na pro- ximidade do duto para ar de núcleo 6. Esta modalidade proporciona o benefício adicional de se pré-aquecer e pré-misturar a biomassa com o ar de núcleo, permitindo assim ainda uma remoção adicional de umidade do combustível à base de biomassa.An alternative embodiment includes a straight tube without gear 17 (Figure 2) and / or without expansion at the furnace end of the biomass nozzle 18. In this embodiment, the alternative of a shorter or recessed biomass nozzle 18 is also shown. , then terminating the biomass nozzle tip 19 within the core nozzle 8 in the vicinity of the core air duct 6. This embodiment provides the added benefit of preheating and premixing the biomass with the core air. thus further allowing moisture removal from the biomass fuel.
Um redutor afusador pode ser usado na saída do bocal para biomassa 18 (Figura 3) para acelerar o combustível à base de biomassa à medida que ele entra na fornalha 3 para impedir o refluxo de volta para o bocal para biomassa 18. Embora o bocal para biomassa 18 seja ilustrado como um bocal de extremidade aberta na figura, ele pode ser facilmente dota- do com defletores ou formadores de remoinho na proximidade da saída para aumentar a taxa de mistura da biomassa com ar de núcleo.A throttle reducer may be used at the outlet of the biomass nozzle 18 (Figure 3) to accelerate biomass-based fuel as it enters the furnace 3 to prevent backflow back to the biomass nozzle 18. Although the nozzle for If the biomass 18 is illustrated as an open-ended nozzle in the figure, it can easily be provided with baffles or whirlers near the outlet to increase the rate of biomass mixing with core air.
Em outras modalidades, podem ser incluídos meios de ajuste para facilitar peque- nos ajustes na frente e atrás na posição final do bocal para biomassa 18 em relação ao tubo de núcleo para permitir uma maior otimização de combustão. Embora o bocal para biomas- sa 18 seja mostrado alinhado com a extremidade do tubo de núcleo na Figura 1, ele pode também ser posicionado ligeiramente mais recuado ou mais avançado. Em determinadas modalidades, a válvula 21 pode ser usada para admitir uma pequena quantidade de ar, ou ar secundário quente ou ar não aquecido para acrescentar ao centro da chama enquanto se estiver queimando a biomassa. A finalidade disto é aumentar a estequiometria no centro para mínimo de NOx (como alternativa a aumento de quantidade de ar de transporte). Modalidades da presente invenção proporcionam uma série de vantagens. O quei- mador de biomassa por jato de ar em combinação de acordo com as modalidades da pre- sente invenção proporciona uma estrutura inédita superior e permite um método superior para a queima e combustíveis à base de biomassa.In other embodiments, adjusting means may be included to facilitate small front and rear adjustments to the final position of the biomass nozzle 18 relative to the core pipe to allow further combustion optimization. Although the biomass nozzle 18 is shown aligned with the end of the core tube in Figure 1, it can also be positioned slightly further back or more advanced. In certain embodiments, valve 21 may be used to allow a small amount of air, or hot secondary air or unheated air to add to the center of the flame while burning the biomass. The purpose of this is to increase stoichiometry in the center to a minimum of NOx (as an alternative to increasing the amount of transport air). Embodiments of the present invention provide a number of advantages. The air jet biomass burner in combination according to the embodiments of the present invention provides a superior novel structure and allows a superior method for burning and biomass based fuels.
A grande zona de núcleo acomoda um bocal para biomassa sem se ter que alterar o tamanho do queimador economizando-se custos com a engenharia e a fabricação nor- malmente associados com a construção de queimadores de diferentes tamanhos para aco- modar a queima de biomassa.The large core zone accommodates a biomass nozzle without having to change the burner size saving engineering and manufacturing costs normally associated with the construction of different size burners to accommodate biomass burning.
O bocal para biomassa de grandes dimensões permite que se queimem quantida- des maiores de biomassa em queimadores selecionados, de modo que um número menor de queimadores precisa ser fornecido para queimar a biomassa. As taxas nominais de queima de biomassa de até 40 % do material de queimador permitem taxas de queima de biomassa em caldeiras de 20 % usando-se somente a metade dos queimadores.The large biomass nozzle allows larger amounts of biomass to be burned in selected burners, so fewer burners need to be supplied to burn biomass. Nominal biomass burning rates of up to 40% of the burner material allow 20% boiler biomass burning rates using only half of the burners.
A disponibilidade de combustível à base de biomassa freqüentemente varia com as estações, de modo que a queima de biomassa não pode ser conduzida continuamente. Em uma modalidade alternativa, o bocal para biomassa pode ser suprido com ar secundário quando não estiver queimando biomassa de modo tal, que tanto o bocal para biomassa 18 como o bocal para núcleo 8 proporciona um jato combinado de ar de núcleo para a combus- tão de carvão pulverizado.Biomass-based fuel availability often varies with seasons, so biomass burning cannot be conducted continuously. In an alternative embodiment, the biomass nozzle may be supplied with secondary air when not burning biomass such that both biomass nozzle 18 and core nozzle 8 provide a combined core air jet for combustion. of pulverized coal.
Além disso, o ar de transporte com biomassa contribui para a estequiometria de centro preferida do queimador quando se queima biomassa em combinação com carvão. Em tal caso, o fluxo de carvão é reduzido de modo que uma proporção mais elevada de PA/PC é fornecida ao queimador. Isto é aumentado com ar de transporte de biomassa para proporcionar uma estequiometria no centro que leva a emissões muito baixas de NOx.In addition, biomass conveying air contributes to the burner's preferred center stoichiometry when burning biomass in combination with coal. In such a case, the coal flow is reduced so that a higher PA / PC ratio is supplied to the burner. This is augmented with biomass transport air to provide center stoichiometry leading to very low NOx emissions.
Além disso, a localização do bocal para biomassa na zona de núcleo proporciona uma fonte de ar secundário quente para a ignição e para alimentar a combustão do combus- tível à base de biomassa, prevenindo a ignição retardada apresentada pela técnica anterior assim como para alimentar a combustão do combustível à base de biomassa em combinação.In addition, the location of the biomass nozzle in the core zone provides a hot secondary air source for ignition and for fueling the combustion of biomass fuel, preventing the delayed ignition presented by the prior art as well as for fueling the fuel. combustion of biomass-based fuel in combination.
Embora tenha sido apresentada e descrita em detalhes uma modalidade específica da invenção para ilustrar a aplicação dos princípios da invenção, deve ficar subentendido que a invenção pode ser configurada de outro modo sem que haja desvio de tais princípios.While a specific embodiment of the invention has been presented and described in detail to illustrate the application of the principles of the invention, it should be understood that the invention may be otherwise configured without departing from such principles.
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