BRPI1003902A2

BRPI1003902A2 - leito de circulaÇço fluidificado (cfb) com bocais para escoamento de ar secundÁrio em fornalhas

Info

Publication number: BRPI1003902A2
Application number: BRPI1003902-3A
Authority: BR
Inventors: Mikhail Maryamchik; Kiplin C Alexander; Mark C Godden; David L Kraft
Original assignee: Babcock & Wilcox Power Generat
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2013-01-29
Also published as: KR20110035916A; UA104417C2; HUE041619T2; TR201902018T4; MX2010010674A; ES2710825T3; US20110073050A1; EP2312210B1; CA2716054A1; AU2010224371A1; EP2312210A2; AU2010224371B2; EP2312210A3; CN102032558B; CO6410028A1; RU2010139129A; RU2537482C2; US8622029B2; KR101715398B1; CL2010001031A1

Abstract

LEITO DE CIRCULAÇçO FLUIDIFICADO (CFB) COM BOCAIS PARA ESCOAMENTO DE AR SECUNDÁRIO EM FORNALHAS Caldeira em leito de circulação fluidif içado (CFB) incluindo uma câmara de reação,aonde um leito fluidificado formado por bolhas (BFB) é contido no interior de um envoltório no interior da porção inferior da câmara e contendo um trocador de calor em leito (IBHX) que ocupa parte do piso de câmara de reação. Uma pluralidade de bocais de ar secundário em leito compreendendo de uma pluralidade de tubos que são agrupados em conjunto e funcionam ao longo da largura do BFB entre a parede de envoltório BFB e uma parede externa do CFB. Os bocais são posicionados para a prevenção do desvio de sólidos que vem a se depositar no interior do BFB advindos do CFB através de jatos de ar secundários, enquanto se evitando a complicação da estrutura que poderia vir a interferir com o movimento de gases e/ou sólidos no interior da fornalha. As aberturas de saída dos bocais são descarregadas, ou praticamente descarregadas, junto à parede de envoltório BFB.

Description

"LEITO DE CIRCULAÇÃO FLUIDIFICADO (CFB) COM BOCAIS PARA ESCOAMENTO DE AR SECUNDÁRIO EM FORNALHAS"

CAMPO E FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

1. Campo da Invenção

Em termos gerais, a presente invenção está concentrada junto ao campo de reato-

res ou caldeiras com leito de circulação fluidificado (CFB), tal conforme o caso encontrado em instalações industriais ou de geração de energia elétrica e, em particular, a bocais para escoamento de ar secundário em fornalhas projetados para a prevenção quanto a dispersão de componentes sólidos vindo a se depositar junto a um leito fluidificado com formação de bolhas (BFB) advindo do CFB através de jatos de ar secundário.

2. Descrição da Técnica Correlata

A Patente Norte-Americana N0 6543905 de Belin e colaboradores detalha uma cal- deira CFB apresentando um trocador de calor em leito controlável (IBHX). A caldeira incor- pora uma câmara de reação CFB, assim como também um trocador de calor BFB localizado no interior da câmara de reação. A transferência de calor no trocador de calor é controlada por intermédio do controle da taxa de sólidos descarregados a partir da parte inferior do BFB em direção ao interior da câmara de reação. A capacidade total de transferência de calor do IBHX depende dos sólidos no escoamento a jusante junto ao topo do leito formado com bo- lhas no IBHX a partir da fornalha CFB. Uma taxa mais elevada de escoamento a jusante resulta em uma maior capacidade de transferência de calor. Tipicamente, o ar secundário é abastecido junto a uma fornalha |CFB através de bocais localizados nas paredes frontal e traseira da fornalha. Os bocais se localizam na parte externa do envoltório da fornalha tendo as suas aberturas de saída sendo descarregadas por aquelas paredes. Devido ao IBHX es- tar localizado adjacente as paredes contendo os bocais, os jatos advindos dos bocais irão desviar parte dos componentes sólidos do escoamento a jusante advindo do IBHX, reduzin- do assim a capacidade de transferência de calor.

A Patente Norte-Americana N0 5836257 de Belin e colaboradores detalha uma for- nalha CFB incorporando uma plenitude de ar secundário integral. Tal plenitude possibilita o posicionamento de bocais para escoamento de ar secundário no interior da fornalha, impe- dindo a interferência de seus jatos com os componentes sólidos no escoamento a jusante junto ao IBHX. Entretanto, a estrutura de apoio e/ou o mecanismo de abastecimento da ple- nitude pode vir a interferir com o gás e/ou com os sólidos se movimentando na fornalha, sendo que a acomodação dos bocais com o tamanho adequado para viabilizar a penetração adequada do jato junto a um CFB extenso irá necessitar uma plenitude que deverá ser mai- or do que o desejável.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção impede o desvio dos componentes sólidos vindo a se deposi- tar no BFB a partir do CFB através de jatos de ar secundário, enquanto que evitando uma estrutura complicada que viria a interferir com o gás e/ou sólidos em movimento na fornalha.

Por conseqüência, um aspecto da presente invenção consiste da concepção junto a uma caldeira de leito de circulação fluidificado (CFB) que compreenda: uma câmara de rea- ção CFB apresentando paredes laterais e uma rede dando definição de um piso em uma extremidade inferior da câmara de reação CFB para fornecimento de gás fluidificado na câ- mara de reação CFB; um leito fluidificado formado por bolhas (BFB) localizado no interior de uma porção inferior da câmara de reação CFB e estando limitado pelas paredes externas da câmara de reação CFB, o piso da câmara de reação CFB e as paredes de envoltório forma- das pelos tubos resfriados se estendendo em sentido ascendente a partir do piso do CFB até a extensão da altura do BFB; pelo menos, um trocador de calor em leito controlável (IBHX), com o IBHX compreendendo de uma superfície térmica e ocupando parte do piso de câmara de reação CFB e estando circundado pelas paredes de envoltório do BFB; e, pelo menos, um bocal de ar secundário em fornalha formado pelos tubos resfriados da parede de envoltório BFB que são formados em, pelo menos, um grupo que se estende a partir do topo da parede de envoltório BFB ao longo da largura do BFB até que seja atingida a pare- de externa do CFB.

Os tubos formando, pelo menos, um bocal de ar secundário em fornalha podem vir a se tornar parte da parede externa quando eles atingem a parede externa do CFB. Adicio- nalmente, a abertura de saída de, pelo menos, um bocal de ar secundário em fornalha sen- do descarregada, ou praticamente descarregada, com a parede de envoltório do BFB.

As várias características inovativas que caracterizam a invenção são salientadas com particularidade nas reivindicações em anexo, fazendo parte da formação deste relatório descritivo presente. Para uma melhor compreensão da invenção, das vantagens operacio- nais e benefícios específicos obtidos por sua utilização, pode-se tomar como referência os desenhos de acompanhamento e a matéria descritiva aonde são feitas ilustrações das mo- dalidades de exemplo da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 consiste de uma vista elevacional lateral seccional de uma caldeira CFB de acordo com a invenção ilustrando os bocais de ar secundário;

a Figura 2 consiste de uma vista plana seccional da caldeira CFB da Figura 1, ob- servada na direção das setas 2-2 da Figura 1;

a Figura 3 consiste de uma vista em perspectiva esquemática do envoltório BFB, aonde os tubos formando os bocais de ar secundário em fornalha são representados na forma de linhas simples;

a Figura 4 consiste de uma vista elevacional lateral seccional de uma caldeira CFB de acordo com uma outra modalidade da invenção; e a Figura 5 consiste de uma vista plana seccional da caldeira CFB da Figura 4, ob- servada na direção das setas da Figura 4.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Em termos gerais, a presente invenção se concentra junto ao campo de reatores ou caldeiras em leito de circulação fluidificado (CFB), tais como aqueles utilizados em instala- ções industriais ou para a geração de energia elétrica e, em particular, junto a bocais de ar secundário em fornalha projetados para a prevenção do desvio de sólidos vindo a se deposi- tar no BFB a partir de jatos de ar secundário.

Conforme empregado pelo presente relatório, o termo caldeira CFB é utilizado co- mo referência aos reatores ou combustores CFB aonde esteja ocorrendo um processo. En- quanto a presente invenção seja diretamente direcionada, em particular, a geradores de vapor ou caldeiras, os quais fazem emprego de combustores CFB como uma forma aonde o calor é produzido, deve-se compreender que a presente invenção pode ser imediatamente empregada em um tipo diferente de reator CFB. Por exemplo, a invenção poderia ser apli- cada em um reator que seja utilizado para as reações químicas que difiram de um processo de combustão, ou aonde seja fornecida junto ao reator para processamento posterior, uma mistura de sólidos/gases advindos de um processo de combustão ocorrendo em outras par- tes.

Com referência agora aos desenhos, aonde numerais de iguais referências estão a representar os mesmos elementos funcionalmente similares ou idênticos, ao longo dos vá- rios desenhos e para a Figura 1, em particular, apresenta uma vista elevacional lateral sec- cional de uma fornalha CFB 1 compreendendo de paredes 2 e um IBHX 3 imerso em um BFB 4. O CFB encontra-se predominantemente incorporando sólidos constituídos de cinzas advindas da combustão do combustível 5, sorvente sulfatado 6 e, em alguns casos, do ma- terial inerte externo 7 alimentado através de, pelo menos, uma das paredes 2 e fluidificado através do ar primário 8 fornecido por meio de uma grade de distribuição 9. Alguns sólidos são introduzidos pelos gases resultantes da combustão do combustível se movimentando a montante 15, e atingindo eventualmente um separador de partículas 16 junto a saída da fornalha. Enquanto parte dos sólidos 17 passa pelo separador, a parte volumosa dos mes- mos 18 é capturada e reciclada de novo para a fornalha. Aqueles componentes sólidos jun- tamente com outros componentes 19, vindo a se depositar fora do fluxo de sólidos 15 no escoamento a montante, promovem a alimentação do BFB 4 que está sendo fluidificado pelo meio fluidificado 25 alimentado através de uma grade de distribuição 26. Os mecanis- mos para a remoção de sólidos advindos do CFB e BFB (27 e 18, respectivamente) são for- necidos nas áreas pertinentes do piso da fornalha.

O BFB é separado do CFB por meio de um envoltório 30. A taxa de reciclagem de sólidos 35 retornando ao CFB através de uma válvula 40 é controlada através do controle de fluxos do meio fluidificado 45 ou 46. Tipicamente, o envoltório é feito de tubos 50 que são resfriados pela água ou vapor. Normalmente, os tubos são protegidos da erosão e/ou corro- são por meio de uma camada protetora. Normalmente formada por um refratário mantido por tachões soldados aos tubos. Os tubos formando o envoltório se estendem em sentido ascendente junto a elevação dando condições para a altura BFB 4 necessária no interior da fornalha CFB 1. Acima da altura necessária, os tubos 50 agrupam-se em uma formação de bocais para ar secundário 55. O ar 60 alimentado para estes bocais é injetado no CFB adi- ante ao BFB 4, fazendo com que os jatos 65 não desviem os fluxos de sólidos 18 e 19 de virem a se depositar no BFB 4. O agrupamento de tubos 50 possibilita a formação das aber- turas 70 através de onde os fluxos de sólidos 18 e 19 se depositam no interior do BFB 4. Após ser atingida a parede 2b, os tubos 50 podem se tornar parte desta parede. Os bocais de ar secundário 75 na parede oposta 2d se localizam externamente à fornalha CBF 1. Uma vez que nenhum IBHX é posicionado abaixo dos bocais 75, seus jatos 80 não provocam qualquer efeito desagradável. A Figura 3 ilustra uma possível construção dos bocais de ar secundário em fornalha

55 formados pelos tubos 50. Na Figura 3, os tubos 50 formando os bocais de ar secundário em fornalha 55 são esquematicamente representados na forma de linhas simples.

Em uma modalidade alternativa, ilustrada nas Figuras 4 e 5, o BFB 4 com o IBHX 3 submerso apresenta-se localizado em ambas paredes opostas de fornalha 2b e 2d. Os tu- bos 50 do envoltório 30 em ambos lados são agrupados para a formação de bocais de ar secundário 55. Para a execução de alimentação de combustível, pedras calcárias e outros componentes sólidos fluem diretamente para o CFB1 com o BFB, pelo menos, uma parede de fornalha (a parede 2d nesta modalidade das Figuras 4 e 5) sendo fracionado em vários compartimentos 80. Cada compartimento 80 é formado por uma parede de fornalha 2d, en- voltório 30 e duas paredes laterais 85 (ou uma parede lateral 85 e uma parede de fornalha 2a ou 2c). Os compartimentos são separados uns dos outros por intermédio de folgas 90 aonde é feita a alimentação de combustível, pedras calcárias, etc

Embora as modalidades específicas da presente invenção tenham sido apresenta- das e descritas em detalhes como formas de ilustração da aplicação e princípios da inven- ção, deverá ser entendido que a presente invenção não pretende ficar limitada a esse for- mato, sendo que a invenção pode ser personificada de outro modo sem se desviar de tais princípios. Em algumas modalidades da invenção, certos fatores da mesma podem por ve- zes serem utilizados de maneira vantajosa sem um emprego correspondente de outros fato- res. Consequentemente, todos tipos de tais mudanças e modalidades se inserem adequa- damente dentro do escopo das reivindicações a seguir.

Claims

1. Caldeira de leito de circulação fluidificado (CFB), CARACTERIZADA pelo fato de compreender: uma câmara de reator CFB incorporando paredes laterais e uma grade definindo um piso em uma extremidade inferior da câmara de reação CFB para o provimento de gás fluidificado na câmara de reação CFB; leito fluidificado formado por bolhas (BFB) localizado no interior de uma porção infe- rior da câmara de reação CFB e sendo limitado pelas paredes externas da câmara de rea- ção CFB, o piso da câmara de reação CFB e paredes de envoltório formados pelos tubos resfriados que se estendem em sentido ascendente a partir do piso do CFB até a altura do BFB; pelo menos, um trocador de calor em leito controlável (IBHX), o IBHX compreen- dendo uma superfície térmica e ocupando parte do piso de câmara de reação CFB e estan- do cercado por paredes de envoltório do BFB; e pelo menos, um bocal de ar secundário em fornalha formado por tubos resfriados da parede de envoltório BFB que são constituídos, pelo menos, por um grupo que se esten- de do topo da parede de envoltório BFB ao longo da largura do BFB até atingir a parede externa do CFB.

2. Caldeira de CFB, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que quando os tubos constituindo, pelo menos, um bocal de ar secundário em fornalha atingem a parede externa do CFB, os tubos tornam-se parte dessa parede externa.

3. Caldeira de CFB, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato da abertura de saída, pelo menos, de um bocal de ar secundário em fornalha ser descarre- gada, ou praticamente descarregada, pela parede de envoltório do BFB.

4. Caldeira de CFB, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato dos tubos compreendendo da parede de envoltório BFB serem revestidos com uma camada protetora.

5. Caldeira de CFB, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato da camada protetora ser formada por um refratário mantido por tachões soldados junto a tubos.

6. Caldeira de CFB, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato dos tubos constituindo os bocais de ar secundário em fornalha serem revestidos com uma camada protetora.

7. Caldeira de CFB, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato da camada protetora ser formada por um refratário mantido por tachões soldados junto a tubos.