BR112018069039B1

BR112018069039B1 - INCINERATION SYSTEM

Info

Publication number: BR112018069039B1
Application number: BR112018069039-2A
Authority: BR
Inventors: Vladimir Mravcak; Dale Neuman
Original assignee: Atlantis Research Labs Inc
Priority date: 2016-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2024-09-24

Abstract

A presente invenção fornece um sistema de incineração de combustível compreendendo um injetor de combustível, um dispositivo de misturação de combustível-ar de múltiplos estágios compreendendo vários tubos de entrada de combustível empilhados verticalmente e configurados para fornecer espaços anulares entre um ou mais tubos de entrada de combustível empilhados verticalmente para arrastar ar ambiente para formar uma mistura de combustível-ar; e um combustor em comunicação com o dispositivo de misturação de combustível-ar e definindo uma câmara de combustão e em comunicação com uma fonte de ignição. O combustor é configurado para impedir o fluxo da mistura de ar-combustível através da câmara de combustão para obter um tempo de retenção desejado da mistura de combustível-ar dentro da câmara de combustão para obter combustões de combustível substancialmente completas.The present invention provides a fuel incineration system comprising a fuel injector, a multistage fuel-air mixing device comprising a plurality of vertically stacked fuel inlet tubes configured to provide annular spaces between one or more vertically stacked fuel inlet tubes to entrain ambient air to form a fuel-air mixture; and a combustor in communication with the fuel-air mixing device and defining a combustion chamber and in communication with an ignition source. The combustor is configured to prevent the flow of the fuel-air mixture through the combustion chamber to achieve a desired retention time of the fuel-air mixture within the combustion chamber to achieve substantially complete fuel combustions.

Description

FIELD

[0001] A invenção refere-se, em geral, a sistemas de incinerador e queimador para combustão de hidrocarbonetos, tais como gases e líquidos residuais que ocorrem em locais de perfuração de gás e petróleo, ou gases e líquidos de processo residual de várias aplicações químicas e petroquímicas.[0001] The invention relates generally to incinerator and burner systems for combustion of hydrocarbons, such as waste gases and liquids occurring at oil and gas drilling sites, or waste process gases and liquids from various chemical and petrochemical applications.

BACKGROUND

[0002] Hidrocarbonetos inflamáveis são em geral usados como fontes de energia, mas algumas situações podem exigir sua destruição, por exemplo, no caso de um excedente de produção ou um desligamento inesperado de equipamento. Alguns hidrocarbonetos inflamáveis são subprodutos de processos naturais ou industriais onde a fonte não pode ser parada e/ou ser facilmente controlada, e não podem ser armazenados para um uso posterior.[0002] Flammable hydrocarbons are generally used as energy sources, but some situations may require their destruction, for example in the case of a production surplus or an unexpected equipment shutdown. Some flammable hydrocarbons are by-products of natural or industrial processes where the source cannot be stopped and/or easily controlled, and cannot be stored for later use.

[0003] Um exemplo de fonte de gás inflamável que não pode ser parada e/ou facilmente controlada é um aterro sanitário. Em um aterro sanitário, a matéria orgânica contida nos resíduos decai lentamente com o tempo usando um processo natural, gerando uma corrente de gás contendo metano (CH4). O metano é um gás inflamável e é misturado com outros gases inflamáveis e não inflamáveis em proporções variadas ao sair do aterro sanitário. O gás metano é uma fonte valiosa de energia, mas é também um gás de efeito estufa se liberado diretamente na atmosfera. Assim se o gás metano contido na corrente de gás que sai de um aterro sanitário não pode ser prontamente usado ou armazenado, deve ser destruído por combustão em um queimador de gás. As correntes de gás contendo gás metano podem também ser criadas por outros processos, por exemplo, em um digestor anaeróbi- co. Muitas outras situações e contextos existem.[0003] An example of a flammable gas source that cannot be stopped and/or easily controlled is a landfill. In a landfill, the organic matter contained in the waste slowly decays over time using a natural process, generating a gas stream containing methane (CH4). Methane is a flammable gas and is mixed with other flammable and non-flammable gases in varying proportions as it leaves the landfill. Methane gas is a valuable source of energy, but it is also a greenhouse gas if released directly into the atmosphere. Thus, if the methane gas contained in the gas stream leaving a landfill cannot be readily used or stored, it must be destroyed by combustion in a gas flare. Gas streams containing methane gas can also be created by other processes, for example in an anaerobic digester. Many other situations and contexts exist.

[0004] Sistemas, tal como um aparelho de queima, para queima e descarte de gases combustíveis e fluidos são bem conhecidos. Os aparelhos de queima são comumente montados em pinhas de queima e são localizados em instalações de produção, refino e processamento e similares para descarte de gases residuais inflamáveis ou outras correntes de gases inflamáveis que são desviados por qualquer razão, incluindo, mas não limitado a ventilação, desligamentos, transtornos e/ou emergências.[0004] Systems, such as a flare apparatus, for burning and disposing of combustible gases and fluids are well known. Flare apparatus are commonly mounted on flare stacks and are located in production, refining, processing and similar facilities for disposing of flammable waste gases or other flammable gas streams that are diverted for any reason, including but not limited to ventilation, shutdowns, disruptions and/or emergencies.

[0005] É em geral desejável que gás/líquido inflamável seja quei mado sem produzir fumaça e tipicamente tal queima sem fumaça ou substancialmente sem fumaça é obrigatória. Um método para realizar a queima sem fumaça é suprindo ar de combustão com uma bomba de jato de vapor, que algumas vezes é referida como um edutor. O ar de combustão assegura que o gás inflamável é completamente oxidado para impedir a produção de fumaça. Assim, o vapor é comumente usado como uma força motora para mover o ar em um aparelho de queima. Quando uma quantidade suficiente de ar de combustão é suprida, o ar suprido mistura bem com o gás combustível, a mistura va- por/ar e gás inflamável pode ser queimada com fumaça mínima ou nenhuma.[0005] It is generally desirable that flammable gas/liquid be burned without producing smoke and typically such smokeless or substantially smokeless burning is required. One method of achieving smokeless burning is by supplying combustion air with a steam jet pump, which is sometimes referred to as an eductor. The combustion air ensures that the flammable gas is completely oxidized to prevent the production of smoke. Thus, steam is commonly used as a motive force to move air in a combustion apparatus. When a sufficient quantity of combustion air is supplied, the supplied air mixes well with the fuel gas, the vapor/air and flammable gas mixture can be burned with minimal or no smoke.

[0006] Em um aparelho de queima típico, o ar de combustão exigi do é suprido usando força motora tal como ventilador, bomba de jato usando vapor, ar comprimido ou outro gás, com a obtenção ar da atmosfera ambiente ao longo do comprimento da chama.[0006] In a typical combustion apparatus, the required combustion air is supplied using a motive force such as a fan, jet pump using steam, compressed air or other gas, with air being drawn from the ambient atmosphere along the length of the flame.

[0007] A Patente U.S. N°. 8.967.995, descreve um sistema de queima de pressão dupla que inclui uma torre de queimador de pressão dupla tendo um eixo central que está alinhado como centro de uma saída de alta pressão; um conduto de alta pressão tendo um eixo central que é colinear com o eixo central da torre de queimador de pressão dupla; e um conduto de baixa pressão conectado com uma ponta de baixa pressão, e ainda inclui uma montagem de auxílio de ar tendo uma conexão de suprimento de ar conectada em um ventilador de ar e uma câmara de mistura, em que a câmara de mistura circunda a ponta de baixa pressão.[0007] U.S. Patent No. 8,967,995 describes a dual pressure firing system that includes a dual pressure burner tower having a central axis that is aligned with the center of a high pressure outlet; a high pressure conduit having a central axis that is colinear with the central axis of the dual pressure burner tower; and a low pressure conduit connected to a low pressure tip, and further includes an air assist assembly having an air supply connection connected to an air blower and a mixing chamber, wherein the mixing chamber surrounds the low pressure tip.

[0008] US 9464804 descreve um sistema de queima de gás que inclui uma torre de queimador vertical tendo uma extremidade superior aberta e uma parede de piso inferior, uma disposição de queimador fornecida através da parede de piso inferior. A disposição de queimador recebe uma correte de gás residual de um circuito de gás residual e também ar primário. Orifícios de ar secundário em torno do queimador suprem ar secundário vindo de um alojamento plenum localizado diretamente abaixo da parede de piso inferior.[0008] US 9464804 describes a gas firing system that includes a vertical burner tower having an open top end and a lower floor wall, a burner arrangement supplied through the lower floor wall. The burner arrangement receives a stream of waste gas from a waste gas circuit and also primary air. Secondary air ports around the burner supply secondary air from a plenum housing located directly below the lower floor wall.

[0009] EP 2636951 descreve um sistema de combustão compre endendo um dispositivo de combustão, um permutador de calor e uma torre. O dispositivo de combustão compreende um tubo de alimentação de gás residual, um tubo de alimentação de gás de suporte, um sistema de alimentação de ar, uma câmara de mistura para misturar ar com gás residual e/ou com gás de suporte, e uma superfície de combustão permeável a gás na qual o gás residual será queimado depois que a pré-mistura fluir através, desse modo produzindo gás de combustão. A torre conecta o dispositivo de combustão com o permutador de calor, desse modo criando um fluxo de gás de combustão do dispositivo de combustão para o permutador de calor. O permutador de calor compreende canais para o gás de combustão e para pelo menos um fluido a ser aquecido.[0009] EP 2636951 describes a combustion system comprising a combustion device, a heat exchanger and a tower. The combustion device comprises a waste gas supply pipe, a support gas supply pipe, an air supply system, a mixing chamber for mixing air with waste gas and/or with support gas, and a gas-permeable combustion surface on which the waste gas will be burned after the premix has flowed through, thereby producing combustion gas. The tower connects the combustion device with the heat exchanger, thereby creating a flow of combustion gas from the combustion device to the heat exchanger. The heat exchanger comprises channels for the combustion gas and for at least one fluid to be heated.

[0010] US 6146131 descreve montagens de múltiplos queimado res encaixados na câmara de queimador que consiste de bocais direcionados para cima para distribuir o gás residual na câmara de combustão, bem como a atomização dos gases residuais e direcionar e descarregar gases residuais combustíveis para cima dentro da câmara de queimador. Em algumas modalidades, a extremidade inferior da torre é formada de um ou mais invólucros tubulares inferiores deslocados axialmente que são concentricamente espaçados para formar entradas anulares para admitir ar de combustão adicional.[0010] US 6,146,131 describes multiple burner assemblies fitted to the burner chamber consisting of upwardly directed nozzles for distributing waste gas into the combustion chamber, as well as atomizing the waste gases and directing and discharging combustible waste gases upwardly within the burner chamber. In some embodiments, the lower end of the tower is formed of one or more axially offset lower tubular shells that are concentrically spaced to form annular inlets for admitting additional combustion air.

[0011] US 2003/0059732 descreve técnicas de resfriamento de filme e a diluição máxima de produtos de combustão antes de deixarem o sistema. Esta referência ensina o uso de tubos segmentados colocados acima da câmara de combustão para resfriar os produtos da combustão de gás. O sistema descrito nesta referência também inclui um ou mais pares de orifícios de entrada de gás residual e orifícios de fechamento, em que o orifício de entrada e fechamento de cada par sendo localizado em lados opostos da câmara de queima.[0011] US 2003/0059732 describes techniques for film cooling and maximum dilution of combustion products before they leave the system. This reference teaches the use of segmented tubes placed above the combustion chamber to cool the gas combustion products. The system described in this reference also includes one or more pairs of waste gas inlet ports and shutoff ports, the inlet and shutoff port of each pair being located on opposite sides of the combustion chamber.

[0012] Os sistemas de incineração comumente usados, tais como descritos em US6146131 e US2003/0059732, utilizam fluxo de ar induzido por chama, em que a corrente de convecção gerada por queimadores na câmara de combustão é usada para atrair mais ar para o combustor para obter a combustão desejada.[0012] Commonly used incineration systems, such as those described in US6146131 and US2003/0059732, utilize flame-induced airflow, in which the convection current generated by burners in the combustion chamber is used to draw more air into the combustor to achieve the desired combustion.

[0013] Assim, existe uma necessidade de um aparelho aperfeiço ado, sistema e métodos para queima sem fumaça de gases e líquidos combustíveis com ar para diminuir o ruído e aumentar a eficiência onde mais combustível pode ser queimado com menos forças motoras adicionadas tal como vapor, ventilador, etc.[0013] Thus, there is a need for an improved apparatus, system and methods for smokeless combustion of combustible gases and liquids with air to decrease noise and increase efficiency where more fuel can be burned with less added motive forces such as steam, fan, etc.

SUMMARY OF THE INVENTION

[0014] A presente invenção refere-se a um sistema de incineração que compreende um aparelho/dispositivo de mistura de ar-combustível e um sistema combustor que fornece uma mistura de ar-combustível para incineração e/ou operações de gás de alimentação.[0014] The present invention relates to an incineration system comprising an air-fuel mixing apparatus/device and a combustor system that provides an air-fuel mixture for incineration and/or feed gas operations.

[0015] De acordo com um aspecto da presente invenção, é forne cido um sistema de incineração de combustível compreendendo um injetor de combustível configurado para injetar combustível a uma ve- locidade predeterminada; um dispositivo de mistura de combustível-ar de múltiplos estágios tendo uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída, o dispositivo de mistura de combustível-ar de múltiplos estágios estando em comunicação fluida na extremidade de entrada com o injetor de combustível para receber combustível injetado do injetor de combustível a ser misturado com ar arrastado para formar uma mistura de combustível-ar, o dispositivo de mistura de combustível-ar de múltiplos estágios compreendendo vários tubos de entrada de combustível empilhados verticalmente, cada tubo de entrada tendo uma entrada e uma saída, em que a área de seção transversal da entrada de cada tubo de entrada é maior que a seção transversal da saída de um tubo de entrada precedente, desse modo fornecendo um espaço anular entre dois tubos de entrada adjacentes para arrastar ar adicional quando a mistura de combustível-ar é passada de um tubo de entrada no tubo de entrada adjacente; um combustor se estendendo verticalmente a partir do dispositivo de mistura de combustível-ar de múltiplos estágios, o combustor tendo uma parte de entrada em comunicação fluida com a extremidade de saída do dispositivo de mistura de combustível-ar de múltiplos estágios, e uma parte de saída para esgotar produtos de combustão de combustível, o dito combustor definindo uma câmara de combustor entre as partes de entrada e de saída; o dito combustor ainda em comunicação com uma fonte de ignição primária; em que o combustor é configurado para impedir o fluxo da mistura de combustível-ar através da câmara de combustão para obter um tempo de retenção desejado da mistura de combustível-ar dentro da câmara de combustão.[0015] According to one aspect of the present invention, there is provided a fuel incineration system comprising a fuel injector configured to inject fuel at a predetermined rate; a multistage fuel-air mixing device having an inlet end and an outlet end, the multistage fuel-air mixing device being in fluid communication at the inlet end with the fuel injector for receiving fuel injected from the fuel injector to be mixed with entrained air to form a fuel-air mixture, the multistage fuel-air mixing device comprising a plurality of vertically stacked fuel inlet tubes, each inlet tube having an inlet and an outlet, wherein the inlet cross-sectional area of each inlet tube is greater than the outlet cross-section of a preceding inlet tube, thereby providing an annular space between two adjacent inlet tubes for entraining additional air when the fuel-air mixture is passed from one inlet tube into the adjacent inlet tube; a combustor extending vertically from the multistage fuel-air mixing device, the combustor having an inlet portion in fluid communication with the outlet end of the multistage fuel-air mixing device, and an outlet portion for exhausting fuel combustion products, said combustor defining a combustor chamber between the inlet and outlet portions; said combustor further in communication with a primary ignition source; wherein the combustor is configured to prevent the flow of the fuel-air mixture through the combustion chamber to obtain a desired retention time of the fuel-air mixture within the combustion chamber.

[0016] Método de melhorar a incineração de um combustível, o método compreendendo fornecer um dispositivo de mistura de ar- combustível de múltiplos estágios verticalmente empilhados tendo uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída, e estando em comunicação fluida com um injetor de combustível em uma extremidade e um combustor na outra extremidade, o dispositivo de mistura de combustível-ar de múltiplos estágios incluindo vários tubos de entrada de combustível empilhados verticalmente, cada tubo de entrada tendo uma entrada e uma saída, em que a área de seção transversal da entrada de cada tubo é maior que a área de seção transversal da saída de um tubo de entrada precedente desse modo fornecendo um espaço anular entre dos tubos adjacentes para arrastar ar adicional; injetar um combustível dentro do dispositivo de mistura de combustível-ar de múltiplos estágios para atingir velocidade para o ar e combustível misturados para fluir dentro do combustor e arrastar ar adicional quando a mistura de ar-combustível é passada dentro do tubo de entrada de combustível adjacente, impedir o fluxo do combustível e ar misturados através do combustor e obter um tempo de retenção desejado do combustível e ar misturados dentro da câmara de combustão, desse modo criando uma mistura de combustível-ar tendo uma proporção de combustível e ar suficiente para completar substancialmente a combustão do combustível.[0016] A method of improving the incineration of a fuel, the method comprising providing a vertically stacked multi-stage fuel-air mixing device having an inlet end and an outlet end, and being in fluid communication with a fuel injector at one end and a combustor at the other end, the multi-stage fuel-air mixing device including a plurality of vertically stacked fuel inlet tubes, each inlet tube having an inlet and an outlet, wherein the cross-sectional area of the inlet of each tube is greater than the cross-sectional area of the outlet of a preceding inlet tube thereby providing an annular space between adjacent tubes for entraining additional air; injecting a fuel into the multistage fuel-air mixing device to achieve velocity for the mixed air and fuel to flow into the combustor and entrain additional air when the fuel-air mixture is passed into the adjacent fuel inlet tube, impede the flow of the mixed fuel and air through the combustor and obtain a desired retention time of the mixed fuel and air within the combustion chamber, thereby creating a fuel-air mixture having a fuel to air ratio sufficient to substantially complete combustion of the fuel.

BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0017] Aspectos e vantagens adicionais dos aperfeiçoamentos presentes se tornarão evidentes a partir da descrição detalhada seguinte, tomada em combinação com as figuras anexas, em que:[0017] Additional aspects and advantages of the present improvements will become apparent from the following detailed description, taken in combination with the accompanying figures, in which:

[0018] A figura 1 é uma vista em perspectiva do sistema de mistu ra de combustível-ar de acordo com uma modalidade da presente invenção.[0018] Figure 1 is a perspective view of the fuel-air mixing system in accordance with one embodiment of the present invention.

[0019] A figura 2 é uma vista lateral do sistema de mistura de combustível-ar da figura 1.[0019] Figure 2 is a side view of the fuel-air mixing system of Figure 1.

[0020] A figura 3A é uma vista em perspectiva do sistema de inci neração de acordo com uma modalidade da presente invenção.[0020] Figure 3A is a perspective view of the incineration system in accordance with one embodiment of the present invention.

[0021] A figura 3B é uma vista em seção transversal esquemática do sistema de incineração da figura 3A.[0021] Figure 3B is a schematic cross-sectional view of the incineration system of Figure 3A.

[0022] A figura 4 é uma vista em perspectiva de um elemento de acoplamento para o sistema de mistura de combustível-ar de acordo com uma modalidade da presente invenção.[0022] Figure 4 is a perspective view of a coupling element for the fuel-air mixing system according to an embodiment of the present invention.

[0023] A figura 5 é uma vista em perspectiva da câmara de com bustão de acordo com uma modalidade da presente invenção.[0023] Figure 5 is a perspective view of the combustion chamber in accordance with one embodiment of the present invention.

[0024] A figura 6 é uma vista em perspectiva do tubo de exaustão de acordo com uma modalidade da presente invenção.[0024] Figure 6 is a perspective view of the exhaust tube according to an embodiment of the present invention.

[0025] A figura 7 é uma vista em perspectiva do recipiente de combustão de acordo com uma modalidade da presente invenção.[0025] Figure 7 is a perspective view of the combustion vessel according to an embodiment of the present invention.

[0026] A figura 8A é uma vista em perspectiva da cobertura de proteção de acordo com uma modalidade da presente invenção.[0026] Figure 8A is a perspective view of the protective covering in accordance with one embodiment of the present invention.

[0027] A figura 8B é uma vista em seção transversal esquemática da cobertura de proteção da figura 8a.[0027] Figure 8B is a schematic cross-sectional view of the protective covering of Figure 8a.

[0028] A figura 8C é uma vista em perspectiva da cobertura de proteção de acordo com uma modalidade da presente invenção com uma porta.[0028] Figure 8C is a perspective view of the protective covering according to an embodiment of the present invention with a door.

[0029] A figura 9A é uma vista em perspectiva do sistema de inci neração de acordo com outra modalidade da presente invenção.[0029] Figure 9A is a perspective view of the incineration system in accordance with another embodiment of the present invention.

[0030] A figura 9B é uma vista lateral do sistema de incineração da figura 9A.[0030] Figure 9B is a side view of the incineration system of Figure 9A.

[0031] A figura 9C é uma vista em seção transversal esquemática do sistema de incineração da figura 9A.[0031] Figure 9C is a schematic cross-sectional view of the incineration system of Figure 9A.

[0032] A figura 10A é uma vista em perspectiva do recipiente de combustão de acordo com outra modalidade da presente invenção.[0032] Figure 10A is a perspective view of the combustion vessel in accordance with another embodiment of the present invention.

[0033] A figura 10B é uma vista inferior da figura 10A.[0033] Figure 10B is a bottom view of Figure 10A.

[0034] A figura 11 é uma vista em perspectiva da cobertura de pro teção de acordo com outra modalidade da presente invenção.[0034] Figure 11 is a perspective view of the protective covering according to another embodiment of the present invention.

[0035] A figura 12 é uma vista em seção transversal esquemática do sistema de incineração de acordo com uma modalidade da presen- te invenção.[0035] Figure 12 is a schematic cross-sectional view of the incineration system in accordance with an embodiment of the present invention.

DETAILED DESCRIPTION

[0036] A menos que definido de outro modo, todos os termos téc nicos e científicos usados aqui têm o mesmo significado que comu- mente entendido por alguém versado na técnica à qual esta invenção pertence.[0036] Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

[0037] O termo "combustível" como usado aqui inclui gases e lí quidos residuais que ocorrem em locais de perfuração de gás e petróleo ou gases e líquidos de processo residual de aplicação química e petroquímica. Exemplos não limitantes de gases residuais são os gases que compreendem metano, propano, butano e pentano e mistura dos mesmos.[0037] The term "fuel" as used herein includes waste gases and liquids occurring at oil and gas drilling sites or waste process gases and liquids from chemical and petrochemical applications. Non-limiting examples of waste gases are gases comprising methane, propane, butane and pentane and mixtures thereof.

[0038] A expressão "combustão substancialmente completa" como usada aqui se refere à combustão em que pelo menos 80% do combustível foi queimado.[0038] The term "substantially complete combustion" as used herein refers to combustion in which at least 80% of the fuel has been burned.

[0039] O termo "região de combustão" como usado aqui se refere a pelo menos % do comprimento do combustor.[0039] The term "combustion region" as used herein refers to at least % of the length of the combustor.

[0040] Como usado aqui, o termo "em torno" se refere a aproxi madamente uma variação de +/- 10% de um dado valor. Deve ser entendido que tal variação é sempre incluída em qualquer valor dado fornecido aqui, se ou não é especificamente referido.[0040] As used herein, the term "around" refers to approximately a +/- 10% variation from a given value. It should be understood that such variation is always included in any given value provided herein, whether or not it is specifically referred to.

[0041] A presente invenção fornece um sistema de incineração, que compreende um injetor de combustível acoplado com um apare- lho/dispositivo de mistura de ar-combustível de múltiplos estágios e um combustor para fornecer um sistema que fornece uma mistura de combustível-ar ideal para completar substancialmente a incineração e/ou operação de gás de alimentação.[0041] The present invention provides an incineration system, comprising a fuel injector coupled with a multi-stage fuel-air mixing apparatus/device and a combustor to provide a system that supplies an optimum fuel-air mixture to substantially complete the incineration and/or feed gas operation.

[0042] O sistema de incineração compreende de acordo com a presente invenção, um injetor de combustível para injetar combustível a uma velocidade predeterminada, um dispositivo de mistura de com- bustão-ar de múltiplos estágios em comunicação fluida com o injetor de combustível para receber combustível injetado do injetor a ser misturado com ar arrastado para formar uma mistura de combustível-ar. O dispositivo de mistura de combustível-ar de múltiplos estágios compreende vários tubos de entrada de combustível empilhados verticalmente, cada tubo de entrada tendo uma entrada e uma saída, em que a área de seção transversal da entrada de um ou mais tubos de entrada é maior que a seção transversal da saída de um tubo de entrada precedente, desse modo fornecendo um espaço anular entre dois tubos de entrada adjacentes para arrastar o ar adicional quando a mistura de combustível-ar é passada de um tubo de entrada para o tubo de entrada adjacente. Um combustor está disposto verticalmente para cima a partir do dispositivo de mistura de combustível-ar de múltiplos estágios. O combustor tem uma parte de entrada em comunicação fluida com a extremidade de saída do dispositivo de mistura de combustível-ar de múltiplos estágios, e uma parte de saída apra esgotar produtos de combustão de combustível. O combustor define uma câmara de combustor entre as partes de entrada e de saída, e também se comunica com uma fonte de ignição primária.[0042] The incineration system comprises according to the present invention, a fuel injector for injecting fuel at a predetermined rate, a multi-stage combustion-air mixing device in fluid communication with the fuel injector for receiving fuel injected from the injector to be mixed with entrained air to form a fuel-air mixture. The multi-stage fuel-air mixing device comprises a plurality of vertically stacked fuel inlet tubes, each inlet tube having an inlet and an outlet, wherein the inlet cross-sectional area of one or more inlet tubes is greater than the outlet cross-section of a preceding inlet tube, thereby providing an annular space between two adjacent inlet tubes for entraining additional air when the fuel-air mixture is passed from one inlet tube to the adjacent inlet tube. A combustor is disposed vertically upward from the multi-stage fuel-air mixing device. The combustor has an inlet portion in fluid communication with the outlet end of the multistage fuel-air mixing device, and an outlet portion for exhausting fuel combustion products. The combustor defines a combustor chamber between the inlet and outlet portions, and also communicates with a primary ignition source.

[0043] Os tubos de entrada de combustível são configurados de modo que o combustível injetado pelo injetor de combustível e o ar arrastado inicial se movem para cima do sistema de entrada de combustível com uma velocidade suficiente para atingir a câmara de combustão enquanto arrasta ar adicionai quando a mistura de ar-combustível é ejetada da saída de um tubo de entrada de combustível para a entrada do tubo de entrada de combustível adjacente. O combustor é configurado para impedir o fluxo da mistura de combustível e ar através da câmara de combustão para obter um tempo de retenção desejado do combustível e ar misturados dentro da câmara de combustão.[0043] The fuel inlet tubes are configured such that fuel injected by the fuel injector and initial entrained air move upward from the fuel inlet system with a velocity sufficient to reach the combustion chamber while entraining additional air as the fuel-air mixture is ejected from the outlet of one fuel inlet tube to the inlet of the adjacent fuel inlet tube. The combustor is configured to prevent the flow of the fuel-air mixture through the combustion chamber to achieve a desired retention time of the mixed fuel and air within the combustion chamber.

[0044] A requerente encontrou de modo surpreendente que inje- tando um combustível em uma velocidade forçada predeterminada na entrada de um sistema de entrada de combustível como descrito aqui, fornece velocidade de combustível adequada para uma mistura de combustível-ar fluir para cima e arrastar ar adicional no caminho para formar uma mistura de combustível-ar tendo proporção de combustível com ar suficiente para uma reação substancialmente completa de combustão/incineração sem exigir o uso de forças motoras. Foi estabelecido que impedindo o fluxo da mistura de combustível-ar (gerada pelo sistema de entrada de combustível da presente invenção) através da câmara de combustão para obter um tempo de retenção desejado do combustível e ar misturados dentro da câmara de combustão resulta em destruição substancialmente completa do combustível.[0044] Applicant has surprisingly found that injecting a fuel at a predetermined forced velocity into the inlet of a fuel inlet system as described herein provides adequate fuel velocity for a fuel-air mixture to flow upward and entrain additional air along the way to form a fuel-air mixture having sufficient fuel-to-air ratio for a substantially complete combustion/incineration reaction without requiring the use of motive forces. It has been established that preventing the flow of the fuel-air mixture (generated by the fuel inlet system of the present invention) through the combustion chamber to obtain a desired retention time of the mixed fuel and air within the combustion chamber results in substantially complete destruction of the fuel.

[0045] Foi estabelecido que um nível melhorado de combus- tão/incineração pode ser obtido alcançando uma velocidade de saída para os produtos de combustão de combustível em metros por segundo de menos que duas vezes o comprimento da região de combustão e maior que a velocidade de combustão do combustível.[0045] It has been established that an improved level of combustion/incineration can be obtained by achieving an exit velocity for the fuel combustion products in meters per second of less than twice the length of the combustion region and greater than the combustion velocity of the fuel.

[0046] A velocidade de combustão de um combustível é conhecida na técnica e/ou pode ser facilmente calculada baseada em métodos de cálculo conhecidos na técnica. Por exemplo, a velocidade de combustão de metano é conhecida para ser 0,305 m/seg, e aquela de propano é 0,854 m/seg.[0046] The combustion rate of a fuel is known in the art and/or can be readily calculated based on calculation methods known in the art. For example, the combustion rate of methane is known to be 0.305 m/sec, and that of propane is 0.854 m/sec.

[0047] A presente invenção também estabeleceu que a velocidade exigida para a mistura de combustível-ar, para um combustível particular e a residência/tempo de retenção desejado da mistura de combustível-ar na câmara de combustor pode ser obtida por seleção apropriada de bocal para o injetor de fluido, tamanho e posicionamento de espaços anulares para arrasto de ar, tamanho e posicionamento de tubos de entrada de ar e/ou tamanho e posicionamento do combustor.[0047] The present invention has also established that the required velocity for the fuel-air mixture, for a particular fuel and the desired residence/retention time of the fuel-air mixture in the combustor chamber can be obtained by appropriate selection of nozzle for the fluid injector, size and positioning of annular spaces for air entrainment, size and positioning of air inlet tubes and/or size and positioning of the combustor.

[0048] O comprimento para a proporção de largura/diâmetro de tubos de entrada de combustível mais perto do injetor de combustível é em geral maior que o comprimento para a proporção de largura dos tubos de entrada de combustível mais perto do combustor.[0048] The length to width/diameter ratio of fuel inlet tubes closest to the fuel injector is generally greater than the length to width ratio of fuel inlet tubes closest to the combustor.

[0049] A seleção do número de tubos de entrada e seus compri mentos e larguras relativos depende do tamanho e tipo de combustor e/ou volume do combustível a ser incinerado.[0049] The selection of the number of inlet tubes and their relative lengths and widths depends on the size and type of combustor and/or volume of fuel to be incinerated.

[0050] Os tubos de entrada de combustível têm uma área de se ção transversal constante ou uma área de seção transversal aumentando da extremidade de entrada para a extremidade de saída.[0050] The fuel inlet tubes have a constant cross-sectional area or a cross-sectional area increasing from the inlet end to the outlet end.

[0051] Em algumas modalidades, os tubos de entrada de combus tível têm comprimentos e larguras configurados para ter um alinhamento não ressonante para obter velocidade/momentum suficiente para o fluxo da mistura de combustível-ar para atingir a câmara de combustor enquanto cria uma mistura de combustível-ar final tendo uma proporção de combustível com ar que facilita substancialmente a des- truição/incineração completa do combustível.[0051] In some embodiments, the fuel inlet tubes have lengths and widths configured to have a non-resonant alignment to obtain sufficient velocity/momentum for the flow of the fuel-air mixture to reach the combustor chamber while creating a final fuel-air mixture having a fuel to air ratio that substantially facilitates complete destruction/incineration of the fuel.

[0052] No contexto da presente invenção, os tubos de entrada de combustível tendo proporção de comprimento com diâmetro (ou largura) menor que 1:1 (ou tendo proporção de diâmetro com comprimento maior que 1:1) são também referidos como "dutos difusores". Os tubos de entrada de combustível tendo proporção de comprimento com diâ- metro/largura de 1:1 ou mais (ou tendo proporção de diâmetro com comprimento menor que 1:1) são também referidos como "dutos concentradores".[0052] In the context of the present invention, fuel inlet pipes having a length to diameter (or width) ratio of less than 1:1 (or having a diameter to length ratio of greater than 1:1) are also referred to as "diffuser ducts". Fuel inlet pipes having a length to diameter/width ratio of 1:1 or more (or having a diameter to length ratio of less than 1:1) are also referred to as "concentrator ducts".

[0053] O sistema de incineração da presente invenção pode ter um ou mais dutos difusores e um ou mais dutos concentradores.[0053] The incineration system of the present invention may have one or more diffuser ducts and one or more concentrator ducts.

[0054] Em algumas modalidades, a área de seção transversal dos dutos concentradores é constante, enquanto a área de seção transversal de um ou mais dutos difusores aumenta da extremidade de entrada para a extremidade de saída.[0054] In some embodiments, the cross-sectional area of the concentrator ducts is constant, while the cross-sectional area of one or more diffuser ducts increases from the inlet end to the outlet end.

[0055] Em algumas modalidades, a área de seção transversal de pelo menos os primeiros dutos difusores aumenta da extremidade para a extremidade de saída, e a seção transversal do último duto difusor é constante.[0055] In some embodiments, the cross-sectional area of at least the first diffuser ducts increases from the end to the outlet end, and the cross-section of the last diffuser duct is constant.

[0056] Em algumas modalidades, o dispositivo de mistura de com bustível-ar de múltiplos estágios da presente invenção compreende um primeiro tubo de entrada de combustível de um duto concentrador, tendo uma primeira entrada de tubo configurada para receber combustível injetado do injetor de combustível e ar arrastado para produzir uma primeira mistura de combustível-ar, e uma primeira saída de tubo para ejetar a primeira mistura de combustível-ar; e um segundo tubo de entrada de combustível como um segundo duto concentrador, tendo uma segunda entrada de tubo configurada para receber a primeira saída de tubo e a primeira mistura de combustível-ar ejetada da primeira saída de tubo e um ar ambiente adicional arrastado para produzir uma segunda mistura de combustível-ar, e uma segunda saída de tubo para ejetar a segunda mistura de combustível-ar. O misturador de combustível-ar compreende um duto difusor tendo uma entrada de du- to difusor configurado para receber a segunda saída de tubo e a segunda mistura de combustível-ar ejetada do segundo tubo e ar ambiente adicional arrastado para produzir uma mistura de combustível-ar, e uma saída de duto difusor configurado para estar em comunicação com a entrada da câmara de combustor para descarregar a terceira mistura de combustível-ar.[0056] In some embodiments, the multistage fuel-air mixing device of the present invention comprises a first fuel inlet tube of a concentrator duct, having a first tube inlet configured to receive fuel injected from the fuel injector and entrained air to produce a first fuel-air mixture, and a first tube outlet for ejecting the first fuel-air mixture; and a second fuel inlet tube as a second concentrator duct, having a second tube inlet configured to receive the first tube outlet and the first fuel-air mixture ejected from the first tube outlet and additional entrained ambient air to produce a second fuel-air mixture, and a second tube outlet for ejecting the second fuel-air mixture. The fuel-air mixer comprises a diffuser duct having a diffuser duct inlet configured to receive the second tube outlet and the second fuel-air mixture ejected from the second tube and additional entrained ambient air to produce a fuel-air mixture, and a diffuser duct outlet configured to be in communication with the inlet of the combustor chamber for discharging the third fuel-air mixture.

[0057] Em algumas modalidades, o dispositivo de mistura de com bustível-ar pode ter um ou mais tubos de entrada adicionais como du- tos concentradores e/ou um ou mais dutos difusores adicionais.[0057] In some embodiments, the fuel-air mixing device may have one or more additional inlet tubes such as concentrator ducts and/or one or more additional diffuser ducts.

[0058] Em um aspecto das modalidades acima, o dispositivo de mistura de combustível-ar compreende três dutos difusores e dois du- tos concentradores, em que o primeiro duto difusor é configurado para receber a saída do segundo tubo em sua entrada, o segundo duto difusor é configurado para receber a saída do primeiro duto difusor em sua entrada, e o terceiro duto difusor é configurado para receber a saída do segundo duto difusor em sua entrada, e tem uma saída configurada para comunicar com a entrada do combustor.[0058] In one aspect of the above embodiments, the fuel-air mixing device comprises three diffuser ducts and two concentrator ducts, wherein the first diffuser duct is configured to receive the outlet of the second tube at its inlet, the second diffuser duct is configured to receive the outlet of the first diffuser duct at its inlet, and the third diffuser duct is configured to receive the outlet of the second diffuser duct at its inlet, and has an outlet configured to communicate with the inlet of the combustor.

[0059] Em um aspecto das modalidades acima, o primeiro duto difusor tem uma área de seção transversal que aumenta da extremidade de entrada para a extremidade de saída, o segundo duto difusor tem uma área de seção transversal constante da extremidade de entrada para a extremidade de saída.[0059] In one aspect of the above embodiments, the first diffuser duct has a cross-sectional area that increases from the inlet end to the outlet end, the second diffuser duct has a constant cross-sectional area from the inlet end to the outlet end.

[0060] Em outro aspecto das modalidades acima, o primeiro duto difusor tem uma área de seção transversal aumentando gradualmente para sua saída, o segundo duto difusor tem uma área de seção transversal aumentando rapidamente na direção de sua saída, e o terceiro duto difusor tem uma área de seção transversal constante.[0060] In another aspect of the above embodiments, the first diffuser duct has a gradually increasing cross-sectional area towards its outlet, the second diffuser duct has a rapidly increasing cross-sectional area towards its outlet, and the third diffuser duct has a constant cross-sectional area.

[0061] Em algumas modalidades, o sistema de mistura de com bustível-ar compreende quatro dutos difusores e três dutos concentradores, em que o primeiro duto difusor é configurado para receber a saída do terceiro tubo concentrador em sua entrada, o segundo duto difusor é configurado para receber a saída do primeiro duto difusor em sua entrada e assim em diante, e o quinto duto difusor é configurado para receber a saída do segundo duto difusor em sua entrada e tem uma saída configurada para se comunicar com a entrada do combustor.[0061] In some embodiments, the fuel-air mixing system comprises four diffuser ducts and three concentrator ducts, wherein the first diffuser duct is configured to receive the output of the third concentrator tube at its inlet, the second diffuser duct is configured to receive the output of the first diffuser duct at its inlet, and so on, and the fifth diffuser duct is configured to receive the output of the second diffuser duct at its inlet and has an outlet configured to communicate with the combustor inlet.

[0062] Em um aspecto da modalidade acima, os primeiro a terceiro dutos difusores têm áreas de seção transversal aumentando a partir da entrada para a saída e o quarto duto difusor tem área de seção transversal constante.[0062] In one aspect of the above embodiment, the first through third diffuser ducts have cross-sectional areas increasing from the inlet to the outlet and the fourth diffuser duct has constant cross-sectional area.

[0063] Em algumas modalidades, um ou mais tubos de entrada de combustível têm seções divergentes na entrada e na saída. Em algu- mas modalidades, os um ou mais dos tubos de entrada de combustível têm uma configuração do tipo ampulheta.[0063] In some embodiments, the one or more fuel inlet tubes have divergent sections at the inlet and outlet. In some embodiments, the one or more of the fuel inlet tubes have an hourglass-type configuration.

[0064] A velocidade exigida para a mistura de combustível-ar, Ra um combustível particular e o tempo de retenção desejado/residência da mistura de combustível-ar na câmara de combustor podem ser obtidos por seleção apropriada de bocal para o injetor de fluido, tamanho e posicionamento de espaços anulares para arrasto de ar, tamanho e posicionamento de tubos de entrada de ar e/ou tamanho e posicionamento de combustor.[0064] The required velocity for the fuel-air mixture, Ra of a particular fuel and the desired retention/residence time of the fuel-air mixture in the combustor chamber can be achieved by appropriate selection of nozzle for the fluid injector, size and positioning of annular spaces for air entrainment, size and positioning of air inlet tubes and/or size and positioning of combustor.

[0065] Em algumas modalidades, a proporção da área de seção transversal da entrada e saída de dois tubos de entrada de combustível adjacentes é de cerca de 1,1:1 a cerca de 4:1. Em algumas modalidades, a proporção de área de seção transversal da entrada e saída de dois tubos de entrada de combustível adjacentes é de cerca de 1,1:1 a cerca de 2:1.[0065] In some embodiments, the cross-sectional area ratio of the inlet and outlet of two adjacent fuel inlet tubes is from about 1.1:1 to about 4:1. In some embodiments, the cross-sectional area ratio of the inlet and outlet of two adjacent fuel inlet tubes is from about 1.1:1 to about 2:1.

[0066] Em algumas modalidades, o combustor tem uma proporção de comprimento com diâmetro de cerca de 2:1 a cerca de 20:1, de cerca de 3:1 a cerca de 10:1, ou de cerca de 4:1 a cerca de 6:1.[0066] In some embodiments, the combustor has a length to diameter ratio of from about 2:1 to about 20:1, from about 3:1 to about 10:1, or from about 4:1 to about 6:1.

[0067] Em algumas modalidades, a proporção de comprimento do combustor com o comprimento combinado dos tubos de entrada de combustível é cerca de 1:1 a cerca de 10:1.[0067] In some embodiments, the ratio of combustor length to the combined length of the fuel inlet tubes is about 1:1 to about 10:1.

[0068] Em algumas modalidades, a proporção de comprimentos combinados dos dutos difusores com o comprimento combinado dos dutos concentradores é cerca de 1:1 a cerca de 10:1. Em algumas modalidades, a proporção de comprimentos combinados dos dutos difusores com o comprimento combinado dos dutos concentradores é cerca de 1:1 a cerca de 1:10. Em algumas modalidades, a proporção de comprimento combinados dos dutos difusores com o comprimento combinado dos dutos concentradores é cerca de 1:1 a cerca de 2:1. Em algumas modalidades, a proporção de comprimentos combinados dos dutos concentradores com o comprimento combinado dos dutos difusores é cerca de 2:1 a cerca de 1:1.[0068] In some embodiments, the ratio of combined lengths of the diffuser ducts to the combined length of the concentrator ducts is about 1:1 to about 10:1. In some embodiments, the ratio of combined lengths of the diffuser ducts to the combined length of the concentrator ducts is about 1:1 to about 1:10. In some embodiments, the ratio of combined lengths of the diffuser ducts to the combined length of the concentrator ducts is about 1:1 to about 2:1. In some embodiments, the ratio of combined lengths of the concentrator ducts to the combined length of the diffuser ducts is about 2:1 to about 1:1.

[0069] Em algumas modalidades, o posicionamento relativo do primeiro duto concentrador dentro do segundo duto concentrador, e/ou o posicionamento do segundo duto concentrador no primeiro duto difusor, e/ou a posição do primeiro duto difusor dentro do segundo duto difusor é ajustável para obter a proporção de combustível e ar na mistura de combustível-ar final específica para um combustível particular.[0069] In some embodiments, the relative positioning of the first concentrator duct within the second concentrator duct, and/or the positioning of the second concentrator duct within the first diffuser duct, and/or the position of the first diffuser duct within the second diffuser duct is adjustable to achieve the ratio of fuel and air in the final fuel-air mixture specific to a particular fuel.

[0070] O sistema de mistura de combustível-ar ainda compreende elementos de acoplamento para manter o sistema de mistura de combustível-ar em posição. Em algumas modalidades, os tubos de entrada e os dutos difusores são mantidos em posição por suportes orientados longitudinalmente tendo entalhes posicionados e configurados para engatar as entradas dos tubos de entrada e dutos difusores.[0070] The fuel-air mixing system further comprises coupling elements for holding the fuel-air mixing system in position. In some embodiments, the inlet tubes and diffuser ducts are held in position by longitudinally oriented supports having notches positioned and configured to engage the inlets of the inlet tubes and diffuser ducts.

[0071] Em algumas modalidades, três de tais suportes são usados para acoplar os componentes do sistema de mistura de combustível- ar. Em algumas modalidades, os suportes são fixados no injetor em uma extremidade e em um anel com flange na outra extremidade, em que o anel com flange é configurado para encaixar na extremidade de saída do último duto difusor.[0071] In some embodiments, three such brackets are used to couple the components of the fuel-air mixing system. In some embodiments, the brackets are attached to the injector at one end and to a flanged ring at the other end, wherein the flanged ring is configured to engage the outlet end of the last diffuser duct.

[0072] Em algumas modalidades, os suportes são feitos finos a fim de minimizar sua resistência ao influxo de ar.[0072] In some embodiments, the supports are made thin in order to minimize their resistance to air inflow.

[0073] Em algumas modalidades, os suportes ao em formato de aletas. Em algumas modalidades, as aletas são perfuradas para minimizar sua resistência ao ar.[0073] In some embodiments, the supports are in the form of fins. In some embodiments, the fins are perforated to minimize their air resistance.

[0074] Em algumas modalidades, os tubos de entrada de combus tível podem ser conectados por meio de vários elementos de acoplamento, tal que um acoplamento conecta dois componentes adjacentes. Por exemplo, um acoplamento acoplará a entrada do primeiro tubo em linha com o bocal do injetor de combustível, um segundo acoplamento conectará a saída do primeiro tubo com a entrada do segundo tubo e assim em diante.[0074] In some embodiments, the fuel inlet tubes may be connected via multiple coupling elements, such that one coupling connects two adjacent components. For example, one coupling will couple the inlet of the first tube in line with the fuel injector nozzle, a second coupling will connect the outlet of the first tube with the inlet of the second tube, and so on.

[0075] Em algumas modalidades, o anel flangeado do sistema de mistura de combustível-ar é também configurado para fixar o sistema de mistura de ar-combustível com o combustor, de modo que a saída do último duto difusor está em comunicação com a entrada da câmara de difusor.[0075] In some embodiments, the flanged ring of the fuel-air mixing system is also configured to secure the fuel-air mixing system to the combustor, such that the outlet of the last diffuser duct is in communication with the inlet of the diffuser chamber.

[0076] Em algumas modalidades, a extremidade de saída do últi mo duto de tubo de entrada de combustível pode ser soldada diretamente na extremidade de entrada do combustor.[0076] In some embodiments, the outlet end of the last fuel inlet pipe duct may be welded directly to the inlet end of the combustor.

[0077] Em algumas modalidades, o combustor da presente inven ção tem uma câmara de combustor alongada. Em algumas modalidades, o combustor tem uma área de seção transversal constante. Em algumas modalidades, a câmara de combustão tem uma área de seção transversal aumentando da parte de entrada para a parte de saída.[0077] In some embodiments, the combustor of the present invention has an elongated combustor chamber. In some embodiments, the combustor has a constant cross-sectional area. In some embodiments, the combustion chamber has a cross-sectional area increasing from the inlet portion to the outlet portion.

[0078] Será entendido que o tamanho total e formato dos combus- tores na presente invenção podem ser variados para gerar um combustor que seja adaptado para obter tempo de retenção desejado para um combustível específico.[0078] It will be understood that the overall size and shape of the combustors in the present invention can be varied to generate a combustor that is adapted to obtain the desired retention time for a specific fuel.

[0079] Em algumas modalidades, o combustor tem um corpo em geral cilíndrico. Outros formatos podem também ser usados. Por exemplo, o combustor e/ou câmara de combustão podem ser feitos com uma seção transversal em geral elipsoidal.[0079] In some embodiments, the combustor has a generally cylindrical body. Other shapes may also be used. For example, the combustor and/or combustion chamber may be made with a generally ellipsoidal cross-section.

[0080] Em algumas modalidades, a parte de saída do combustor é segmentada e compreende dois segmentos cilíndricos empilhados, cada um tendo uma entrada e uma saída, em que a entrada de cada segmento tem uma área de seção transversal maior que a área de seção transversal da saída de um segmento anterior, desse modo fornecendo ainda localizações de entrada de ar entre os dois segmentos cilíndricos.[0080] In some embodiments, the outlet portion of the combustor is segmented and comprises two stacked cylindrical segments, each having an inlet and an outlet, wherein the inlet of each segment has a larger cross-sectional area than the cross-sectional area of the outlet of a previous segment, thereby further providing air inlet locations between the two cylindrical segments.

[0081] Em algumas modalidades, o combustor tem um tubo de cauda se estendendo a partir da câmara de combustão e definindo uma saída para a mesma.[0081] In some embodiments, the combustor has a tail tube extending from the combustion chamber and defining an outlet thereto.

[0082] Em algumas modalidades, o tubo de exaustão é configura do como um tubo de exaustão segmentado, compreendendo dois ou mais segmentos cilíndricos empilhados, cada um tendo uma entrada e uma saída.[0082] In some embodiments, the exhaust tube is configured as a segmented exhaust tube, comprising two or more stacked cylindrical segments, each having an inlet and an outlet.

[0083] Em algumas modalidades, a entrada do primeiro segmento cilíndrico do tubo de exaustão, que é conectado ao combustor, tem uma seção transversal menor que a área de seção transversal da extremidade de saída do combustor, e a extremidade de saída de pelo menos um dos segmentos cilíndricos restantes tem uma área de seção transversal maior que a área de seção transversal da entrada do segmento cilíndrico prévio, desse modo fornecendo localizações de entrada de ar adicionais entre os dois segmentos cilíndricos. Em algumas modalidades, as saídas de cada um dos segmentos, depois do primeiro segmento, têm uma área de seção transversal maior que a área de seção transversal da entrada do segmento cilíndrico prévio, desse modo fornecendo localizações de entrada de ar adicionais entre os dois segmentos cilíndricos.[0083] In some embodiments, the inlet of the first cylindrical segment of the exhaust pipe, which is connected to the combustor, has a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the outlet end of the combustor, and the outlet end of at least one of the remaining cylindrical segments has a cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the inlet of the previous cylindrical segment, thereby providing additional air inlet locations between the two cylindrical segments. In some embodiments, the outlets of each of the segments after the first segment have a cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the inlet of the previous cylindrical segment, thereby providing additional air inlet locations between the two cylindrical segments.

[0084] Em algumas modalidades, o primeiro segmento cilíndrico é posicionado acima do combustor e sua entrada tem uma área de seção transversal que é maior que a área de seção transversal da saída do combustor, desse modo fornecendo uma primeira localização de entrada de ar entre o combustor e o primeiro segmento cilíndrico. Além disso, a área de seção transversal da entrada de pelo menos um dos segmentos cilíndricos restantes tem uma área de seção transversal maior que a saída do segmento cilíndrico prévio, desse modo fornecendo localizações de entrada de ar adicionais entre os dois segmen- tos cilíndricos. Em algumas modalidades, a saída de cada um dos segmentos cilíndricos restantes tem uma área de seção transversal maior que a área de seção transversal da entrada do segmento cilíndrico prévio, desse modo fornecendo localizações de entrada de ar adicionais entre os dois segmentos cilíndricos.[0084] In some embodiments, the first cylindrical segment is positioned above the combustor and its inlet has a cross-sectional area that is greater than the cross-sectional area of the outlet of the combustor, thereby providing a first air inlet location between the combustor and the first cylindrical segment. Furthermore, the cross-sectional area of the inlet of at least one of the remaining cylindrical segments has a greater cross-sectional area than the outlet of the previous cylindrical segment, thereby providing additional air inlet locations between the two cylindrical segments. In some embodiments, the outlet of each of the remaining cylindrical segments has a greater cross-sectional area than the cross-sectional area of the inlet of the previous cylindrical segment, thereby providing additional air inlet locations between the two cylindrical segments.

[0085] Devido a diferentes áreas de seção transversal da (s) en- trada(s) e saída(s) de um ou mais dos segmentos cilíndricos, fendas de suporte podem ser fornecidas em um componente inferior, que fornece o suporte de um componente acima.[0085] Due to different cross-sectional areas of the inlet(s) and outlet(s) of one or more of the cylindrical segments, support slots may be provided in a lower component, which provides support for an above component.

[0086] Em alguns casos, a exaustão primária que deixa a câmara de combustor pode incluir combustível residual que não foi queimado dentro do combustor. Fornecendo a parte de saída segmentada no combustor, a adição de ar na exaustão primária que deixa a câmara de combustão pode melhorar a combustão secundária deste combustível residual dentro do primeiro segmento cilíndrico, resultando na geração de uma exaustão secundária. A exaustão secundária pode também incluir algum combustível residual, e a adição de ar na exaustão secundária pode melhorar a combustão terciária dento do segundo segmento cilíndrico. Desta maneira, devido às primeira e segunda entradas de ar, combustão adicional de combustível residual na exaustão primária e secundária pode fornecer um meio para a combustão substancialmente completa de combustível que é introduzido no sistema incinerador.[0086] In some cases, the primary exhaust leaving the combustor chamber may include residual fuel that was not burned within the combustor. By providing a segmented outlet portion in the combustor, the addition of air to the primary exhaust leaving the combustion chamber may enhance secondary combustion of this residual fuel within the first cylindrical segment, resulting in the generation of a secondary exhaust. The secondary exhaust may also include some residual fuel, and the addition of air to the secondary exhaust may enhance tertiary combustion within the second cylindrical segment. In this manner, due to the first and second air inlets, additional combustion of residual fuel in the primary and secondary exhaust may provide a means for substantially complete combustion of fuel that is introduced into the incinerator system.

[0087] Em alguns casos, a exaustão primária que sai do combus tor pode incluir combustível residual que não foi queimado dentro do combustor. Dentro do primeiro segmento cilíndrico, a adição de ar na primeira exaustão pode melhora a combustão secundária deste combustível residual dentro do primeiro segmento cilíndrico, resultando na geração de uma exaustão secundária. A exaustão secundária pode também incluir algum combustível residual, e a adição de ar na exaus- tão secundária pode melhorar a combustão terciária dentro do segundo segmento cilíndrico. Desta maneira, devido às primeira e segunda entradas de ar, combustão adicional de combustível residual na exaustão primária e secundária pode fornecer um meio para combustão substancialmente completa de combustível que é introduzido no sistema incinerador.[0087] In some cases, the primary exhaust exiting the combustor may include residual fuel that was not burned within the combustor. Within the first cylindrical segment, the addition of air to the first exhaust may enhance secondary combustion of this residual fuel within the first cylindrical segment, resulting in the generation of a secondary exhaust. The secondary exhaust may also include some residual fuel, and the addition of air to the secondary exhaust may enhance tertiary combustion within the second cylindrical segment. In this manner, because of the first and second air inlets, additional combustion of residual fuel in the primary and secondary exhaust may provide a means for substantially complete combustion of fuel that is introduced into the incinerator system.

[0088] Como seria facilmente entendido, segmentos cilíndricos adicionais podem ser integrados na exaustão do sistema incinerador. O comprimento dos segmentos cilíndricos pode ser configurado para ter comprimento suficiente para fornecer um nível desejado de combustão, por exemplo, combustão substancialmente completa do combustível pelo sistema de incineração, enquanto mantém um nível desejado de produtividade de combustível através do sistema de incineração.[0088] As would be readily understood, additional cylindrical segments may be integrated into the exhaust of the incinerator system. The length of the cylindrical segments may be configured to be of sufficient length to provide a desired level of combustion, e.g., substantially complete combustion of the fuel by the incineration system, while maintaining a desired level of fuel productivity through the incineration system.

[0089] Em algumas modalidades, a parte de saída do combustor ainda inclui um anel anular no interior.[0089] In some embodiments, the outlet portion of the combustor further includes an annular ring therein.

[0090] Em algumas modalidades, a parte de saída do tubo de cauda de combustor se estendendo a partir da câmara de combustão ainda inclui um anel anular no interior da mesma na extremidade de saída. Em algumas modalidades da presente invenção, um ou mais dos segmentos cilíndricos podem ainda incluir um anel anular no interior dos mesmos na extremidade de saída do segmento cilíndrico.[0090] In some embodiments, the outlet portion of the combustor tail tube extending from the combustion chamber further includes an annular ring therein at the outlet end. In some embodiments of the present invention, one or more of the cylindrical segments may further include an annular ring therein at the outlet end of the cylindrical segment.

[0091] Em algumas modalidades, a parte de saída do combustor e o tubo de cauda se estendendo a partir da câmara de combustão ainda incluem um anel anular no interior do mesmo na extremidade de saída. Em algumas modalidades da presente invenção, a parte de saída do combustor e um ou mais dos segmentos cilíndricos ainda incluem um anel anular no interior da mesma na extremidade de saída do segmento cilíndrico.[0091] In some embodiments, the outlet portion of the combustor and the tail pipe extending from the combustion chamber further include an annular ring therein at the outlet end. In some embodiments of the present invention, the outlet portion of the combustor and one or more of the cylindrical segments further include an annular ring therein at the outlet end of the cylindrical segment.

[0092] Este anel anular pode fornecer um impedimento para o flu- xo de combustível/ar para fora do segmento cilíndrico particular desse modo aumentando o tempo de retenção de combustível/ar dentro do segmento cilíndrico particular, que pode ainda aperfeiçoar a eficiência de combustão do sistema. O anel pode ter um formato semicircular, ou um formato piramidal, ou outro formato em que o anel anular reduz a área de seção transversal do segmento cilíndrico particular, enquanto ainda fornecer fluxo através do anel anular.[0092] This annular ring may provide an impediment to the flow of fuel/air out of the particular cylindrical segment thereby increasing the retention time of fuel/air within the particular cylindrical segment, which may further improve the combustion efficiency of the system. The ring may have a semicircular shape, or a pyramidal shape, or other shape in which the annular ring reduces the cross-sectional area of the particular cylindrical segment, while still providing flow through the annular ring.

[0093] Em algumas modalidades, a inserção de ar na primeira en trada de ar ou entrada de ar subsequente tubo de exaustão, pode não ser suficiente para iniciar a combustão secundária (ou combustão terciária). Este caso pode ocorrer quando a pressão aumenta durante o movimento do combustível/ar ao longo do comprimento do tubo de exaustão segmentado. A fim de ajudar na iniciação da combustão secundaria (ou combustão terciária), em algumas modalidades, uma fonte de ignição secundária (ou fonte de ignição terciária) pode fornecer meios para melhorar a eficiência do sistema incinerador. De acordo com modalidades, a fonte de ignição secundária (ou fonte de ignição terciária) é posicionada próxima à entrada de ar ou em uma localização que pode ser removida da localização de entrada de ar, enquanto se encontra dentro da trajetória do ar que entra no sistema de incineração na entrada de ar.[0093] In some embodiments, the insertion of air into the first air inlet or subsequent air inlet exhaust pipe may not be sufficient to initiate secondary combustion (or tertiary combustion). This case may occur when pressure increases during the movement of the fuel/air along the length of the segmented exhaust pipe. In order to aid in the initiation of secondary combustion (or tertiary combustion), in some embodiments, a secondary ignition source (or tertiary ignition source) may provide means for improving the efficiency of the incinerator system. According to embodiments, the secondary ignition source (or tertiary ignition source) is positioned proximate to the air inlet or at a location that can be removed from the air inlet location, while being within the path of the air entering the incineration system at the air inlet.

[0094] De acordo com modalidades da presente invenção, o com bustor é configurado para fornecer duas ou mais câmaras de combustão segmentadas, em que a primeira câmara, que se comunica com a mistura de combustível-ar e sistema de entrada e uma fonte de ignição primária, é chamada de combustor primário, e as câmaras subsequentes são chamados de pós-queimadores. Em tal sistema, a exaustão primária que sai do combustor primário é ainda queimada nos um ou mais pós-queimadores, desse modo fornecendo meios para a combustão substancialmente completa de combustível que é introduzido no sistema incinerador.[0094] According to embodiments of the present invention, the combustor is configured to provide two or more segmented combustion chambers, wherein the first chamber, which communicates with the fuel-air mixture and inlet system and a primary ignition source, is called the primary combustor, and subsequent chambers are called afterburners. In such a system, primary exhaust exiting the primary combustor is further combusted in the one or more afterburners, thereby providing a means for substantially complete combustion of fuel that is introduced into the incinerator system.

[0095] A fim de ajudar na iniciação da combustão secundária (ou combustão terciária), em algumas modalidades uma fonte de ignição secundária (ou fonte de ignição terciária) pode ser fornecida dentro das câmaras de combustão segmentadas. Esta fonte de ignição secundária (ou fonte de ignição terciária) pode fornecer um meio para ainda melhorar a eficiência do sistema de incineração. De acordo com modalidades, a fonte de ignição secundária (ou fonte de ignição terciária) é posicionada próxima à entrada de ar ou em uma localização que pode ser removida da localização de entrada de ar, enquanto se encontra dentro da trajetória do ar que entra no sistema de incineração na entrada de ar.[0095] In order to aid in the initiation of secondary combustion (or tertiary combustion), in some embodiments a secondary ignition source (or tertiary ignition source) may be provided within the segmented combustion chambers. This secondary ignition source (or tertiary ignition source) may provide a means to further improve the efficiency of the incineration system. According to embodiments, the secondary ignition source (or tertiary ignition source) is positioned proximate to the air inlet or at a location that can be removed from the air inlet location, while being within the path of air entering the incineration system at the air inlet.

[0096] Em algumas modalidades, o formato, comprimento e largu ra do combustor e tubo de cauda são configurados para ter um alinhamento não ressonante e/ou configurado para não gerar impulso sobre a combustão do combustível.[0096] In some embodiments, the shape, length, and width of the combustor and tail tube are configured to have a non-resonant alignment and/or configured to not generate thrust upon the combustion of the fuel.

[0097] Em algumas modalidades, o combustor tem uma seção de piso compreendendo a entrada e uma seção de telhado compreendendo a saída.[0097] In some embodiments, the combustor has a floor section comprising the inlet and a roof section comprising the outlet.

[0098] Em algumas modalidades, a seção de piso do combustor é configurada para fixar-se a um anel flangeado do sistema de mistura de combustível-ar.[0098] In some embodiments, the combustor floor section is configured to attach to a flanged ring of the fuel-air mixing system.

[0099] Em algumas modalidades, o combustor tem um recipiente de combustão se estendendo a partir da seção de telhado dentro da câmara de combustor. Em algumas modalidades, o recipiente de combustão é acoplado à seção de telhado do combustor por meio de um anel flangeado. Em algumas modalidades, o recipiente de combustão tem várias perfurações ou fendas em suas paredes. Em algumas modalidades, o recipiente é configurado como um cilindro de fundo fechado incluindo vários furos no mesmo, em ambas as paredes laterais e o fundo. Em algumas modalidades, o fundo é em formato de cone. Em algumas modalidades, o fundo é uma parede plana.[0099] In some embodiments, the combustor has a combustion vessel extending from the roof section within the combustor chamber. In some embodiments, the combustion vessel is coupled to the roof section of the combustor via a flanged ring. In some embodiments, the combustion vessel has multiple perforations or slots in its walls. In some embodiments, the vessel is configured as a closed-bottom cylinder including multiple holes therein, in both the side walls and the bottom. In some embodiments, the bottom is cone-shaped. In some embodiments, the bottom is a flat wall.

[00100] De acordo com modalidades, as perfurações das paredes laterais aumentam em diâmetro ascendentemente na direção da parte de saída do combustor, e/ou os furos no fundo aumentam em diâmetro radialmente na direção da borda externa do fundo. Esta configuração da perfuração e o tamanho de furo podem fornecer um meio para controlar o fluxo dentro do incinerador quando a injeção do combustível está localizada próxima à localização central do fundo do recipiente. Como tal, a velocidade da mistura de combustível e ar na região central do combustor (e entro do recipiente) será maior que a velocidade da mistura de combustível-ar na borda do recipiente, e aumentar o diâmetro dos furos na direção da borda do fundo do recipiente pode fornecer um meio para "normalizar" o fluxo dentro do recipiente. De acordo com modalidades, a normalização similar do fluxo dentro do recipiente pode ser permitida pelo aumento gradual do tamanho dos furos no recipiente a partir do fundo do recipiente para o topo do recipiente.[00100] According to embodiments, the sidewall perforations increase in diameter upwardly toward the outlet portion of the combustor, and/or the holes in the bottom increase in diameter radially toward the outer edge of the bottom. This perforation configuration and hole size may provide a means for controlling flow within the incinerator when the fuel injection is located near the central location of the bottom of the vessel. As such, the velocity of the fuel-air mixture in the central region of the combustor (and within the vessel) will be greater than the velocity of the fuel-air mixture at the edge of the vessel, and increasing the diameter of the holes toward the edge of the bottom of the vessel may provide a means for "normalizing" the flow within the vessel. According to embodiments, similar normalization of flow within the vessel may be enabled by gradually increasing the size of the holes in the vessel from the bottom of the vessel to the top of the vessel.

[00101] O injetor de combustível da presente invenção é projetado para ter bocais variados. Em algumas modalidades, o injetor compreende um bocal de alta pressão. Em algumas modalidades, o bocal é um bocal de fluido supersônico, subsônico ou hipersônico. Em algumas modalidades, o combustível é injetado a uma pressão de cerca de 3,45 kPa a cerca de 206,85 kPa. O injetor de combustível pode ser acoplado aerodinamicamente com a entrada do primeiro tubo de entrada de combustível.[00101] The fuel injector of the present invention is designed to have varying nozzles. In some embodiments, the injector comprises a high pressure nozzle. In some embodiments, the nozzle is a supersonic, subsonic, or hypersonic fluid nozzle. In some embodiments, the fuel is injected at a pressure of about 3.45 kPa to about 206.85 kPa. The fuel injector may be aerodynamically coupled with the inlet of the first fuel inlet tube.

[00102] De acordo com algumas modalidades da presente invenção, o sistema incinerador é fechado por uma cobertura de proteção. De acordo com algumas modalidades da invenção, a cobertura é formatada como um cilindro opcionalmente tendo aberturas /perfurações/fendas no fundo e/ou paredes laterais.[00102] According to some embodiments of the present invention, the incinerator system is enclosed by a protective cover. According to some embodiments of the invention, the cover is shaped as a cylinder optionally having openings/perforations/slits in the bottom and/or side walls.

[00103] Em algumas modalidades, a cobertura de proteção pode fornecer um nível de proteção a partir do calor gerado pelo sistema incinerador e/ou melhorar o resfriamento do sistema incinerador. De acordo com algumas modalidades, a cobertura de proteção é formada com uma porta articulada ou cobertura que pode fornecer fácil aceso ao sistema de incineração encerrado na mesma.[00103] In some embodiments, the protective covering may provide a level of protection from heat generated by the incinerator system and/or improve cooling of the incinerator system. According to some embodiments, the protective covering is formed with a hinged door or cover that may provide easy access to the incineration system enclosed therein.

[00104] Em algumas modalidades, a cobertura de proteção melhora o resfriamento do sistema de incineração. Durante o processo de combustão, o vazio de ar entre a cobertura e o sistema incinerador é aquecido, que move verticalmente para cima resultando no arrasto de ar externo através das aberturas na cobertura. Este movimento do ar ao longo da altura do sistema incinerador pode ajudar na transferência de calor do sistema de incineração. Em algumas modalidades da presente invenção, as aberturas na cobertura incluem persianas que podem estar no nível ou ter uma direção ascendente para o ar durante a entrada no espaço entre o sistema incinerador e a cobertura.[00104] In some embodiments, the protective hood improves cooling of the incineration system. During the combustion process, the air void between the hood and the incinerator system is heated, which moves vertically upward resulting in entrainment of outside air through openings in the hood. This movement of air along the height of the incinerator system can aid in heat transfer from the incineration system. In some embodiments of the present invention, the openings in the hood include louvers that can be flush or have an upward direction for air to enter the space between the incinerator system and the hood.

[00105] De acordo com algumas modalidades da presente invenção, em que o sistema de incineração inclui uma parte de saída segmentada ou um tubo de exaustão segmentado, a parte de cobertura de proteção cobrindo a parte de saída segmentada ou parte segmentada do tubo de exaustão, é fornecida com várias entradas de ar. Em algumas modalidades, estas entradas de ar são essencialmente alinhadas com uma ou mais das zonas de transição entre os segmentos adjacentes, em que estas entradas de ar fornecem aberturas para o ar externo entrar na primeira entrada de ar e/ou a segunda entrada de ar do tubo de exaustão segmentado. Em algumas modalidades, todas estas entradas de ar ao alinhadas com as zonas de transição. Fornecer esta abertura dentro da cobertura, o ar externo mais frio pode ser fornecido para as entradas de ar, que podem melhorar a combustão secundária e terciária de combustível residual no tubo de exaustão segmentado.[00105] According to some embodiments of the present invention, wherein the incineration system includes a segmented outlet portion or a segmented exhaust pipe, the protective covering portion covering the segmented outlet portion or segmented portion of the exhaust pipe is provided with a plurality of air inlets. In some embodiments, these air inlets are substantially aligned with one or more of the transition zones between adjacent segments, wherein these air inlets provide openings for outside air to enter the first air inlet and/or the second air inlet of the segmented exhaust pipe. In some embodiments, all of these air inlets are aligned with the transition zones. By providing this opening within the covering, cooler outside air can be supplied to the air inlets, which can enhance secondary and tertiary combustion of residual fuel in the segmented exhaust pipe.

[00106] Em algumas modalidades, as entradas de ar da cobertura são dispostas ara serem deslocadas com uma ou mais das zonas de transição entre os segmentos adjacentes. Em algumas modalidades, todas estas entradas de ar são deslocadas com as zonas de transição. A presença de entradas de ar deslocadas ajuda a melhorar o resfriamento do sistema incinerador.[00106] In some embodiments, the roof air inlets are arranged to be offset with one or more of the transition zones between adjacent segments. In some embodiments, all of these air inlets are offset with the transition zones. The presence of offset air inlets helps to improve cooling of the incinerator system.

[00107] Os sistemas de incineração comumente usados utilizam fluxo induzido por chama, em que a corrente de convecção gerada por queimadores na câmara de combustão é usada para arrastar ar para o combustor, que exige uso de um volume de incinerador muito grande e/ou um sistema mecânico para reduzir o tamanho da unidade, e/ou uso de força motora tal como um ventilador, uma bomba de jato usando vapor, ar comprimido ou outros gases para operações efetivas.[00107] Commonly used incineration systems utilize flame-induced flow, in which the convection current generated by burners in the combustion chamber is used to draw air into the combustor, which requires the use of a very large incinerator volume and/or a mechanical system to reduce the size of the unit, and/or the use of motive power such as a fan, a jet pump using steam, compressed air or other gases for effective operations.

[00108] A presente invenção utiliza a energia cinética do combustível injetado para criar um fluxo Venturi induzido por combustível do combustível através do sistema de entrada de combustível descrito aqui, enquanto o ar arrastado no caminho para obter uma mistura de combustível-ar tendo proporção de ar com combustível para incineração efetiva do combustível sem exigir o uso de forças motoras adicionais. Além disso, a presente invenção estabeleceu que impedindo o fluxo da mistura de combustível-ar (gerada pelo sistema de entrada de combustível da presente invenção) através da câmara de combustão para obter um tempo de retenção desejado do combustível e ar misturados dentro da câmara de combustão resulta em destruição substan-cialmente completa do combustível. A requerente verificou que como sistema presente mais que 90% da combustão pode ser obtida.[00108] The present invention utilizes the kinetic energy of the injected fuel to create a fuel-induced Venturi flow of the fuel through the fuel inlet system described herein while entraining air along the way to obtain a fuel-air mixture having a fuel-to-air ratio for effective incineration of the fuel without requiring the use of additional motive forces. Furthermore, the present invention has established that preventing the flow of the fuel-air mixture (generated by the fuel inlet system of the present invention) through the combustion chamber to obtain a desired retention time of the mixed fuel and air within the combustion chamber results in substantially complete destruction of the fuel. Applicant has found that with the present system more than 90% combustion can be achieved.

EXEMPLARY MODALITIES

[00109] As figuras 1 e 2 ilustram o sistema de mistura de combustível-ar acoplado com o injetor de combustível (desmontado do combus- tor) em uma modalidade exemplar da presente invenção. Como representado nas figuras 1 e 2, o sistema de mistura de combustível-ar 10 compreende primeiro tubo de entrada de combustível/duto concentrador 14 tendo uma extremidade de entrada 14a e uma extremidade de saída 14b (não mostradas), em comunicação com o segundo tubo de entrada de combustível/duto concentrador 16 tendo extremidade de entrada 16a e extremidade de saída 16b (não mostradas), que por sua vez está em comunicação com o primeiro duto difusor 18. A extremidade de entrada 14a do primeiro tubo é configurada para receber o combustível injetado do injetor 12, e a extremidade de saída 14b é posicionada dentro do segundo tubo 16 através da extremidade de entrada 16a. Similarmente, a extremidade de saída 16b (não mostrada) do segundo tubo é posicionada dentro do primeiro difusor por meio de sua extremidade de entrada 18a. A extremidade de saída 18b (não mostrada) do primeiro duto difusor é posicionada dentro do segundo duto difusor 20 por meio de sua extremidade de entrada 20a, e a extremidade de saída 20b (não mostrada) do segundo duto difusor é posicionada dentro do terceiro duto difusor 22 por meio de sua extremidade de entrada 22a. A extremidade de saída 22b (não mostrada) do terceiro duto difusor 22 é fiada/acoplada com o anel flangeado 24.[00109] FIGS. 1 and 2 illustrate the fuel-air mixing system coupled to the fuel injector (disassembled from the combustor) in an exemplary embodiment of the present invention. As depicted in FIGS. 1 and 2, the fuel-air mixing system 10 comprises first fuel inlet tube/concentrator duct 14 having an inlet end 14a and an outlet end 14b (not shown), in communication with second fuel inlet tube/concentrator duct 16 having inlet end 16a and outlet end 16b (not shown), which in turn is in communication with first diffuser duct 18. Inlet end 14a of the first tube is configured to receive fuel injected from injector 12, and outlet end 14b is positioned within second tube 16 through inlet end 16a. Similarly, the outlet end 16b (not shown) of the second pipe is positioned within the first diffuser via its inlet end 18a. The outlet end 18b (not shown) of the first diffuser duct is positioned within the second diffuser duct 20 via its inlet end 20a, and the outlet end 20b (not shown) of the second diffuser duct is positioned within the third diffuser duct 22 via its inlet end 22a. The outlet end 22b (not shown) of the third diffuser duct 22 is spliced/coupled with the flanged ring 24.

[00110] Neste exemplo, o injetor 12 (tendo um bocal 13), os primeiro e segundo tubos de entrada 14 e 16, primeiro, segundo e terceiro dutos difusores 18, 20 e 22 são mantidos nem suas posições em uma orientação em linha por três suportes longitudinalmente orientados 26, se estendendo de um anel 30 colocado em torno do corpo do injetor 12 e unindo a parte de fundo 24b do anel flangeado 24.[00110] In this example, the injector 12 (having a nozzle 13), the first and second inlet tubes 14 and 16, first, second and third diffuser ducts 18, 20 and 22 are held in their positions in an in-line orientation by three longitudinally oriented supports 26 extending from a ring 30 placed around the body of the injector 12 and joining the bottom portion 24b of the flanged ring 24.

[00111] Como mostrado na figura 4, cada um dos suportes 26 tem entalhes 28a-28d configurados para suportar/manter as extremidades de entrada dos tubos de entrada de combustível e os dutos difusores.[00111] As shown in Figure 4, each of the brackets 26 has notches 28a-28d configured to support/hold the inlet ends of the fuel inlet tubes and the diffuser ducts.

[00112] Os entalhes 28a-28d de cada um dos suportes 26 são con- figurados para manter a entrada do primeiro tubo em linha com o inje- tor de combustível, a entrada do segundo tubo em linha com a saída do primeiro tubo, a entrada do primeiro duto difusor com a saída do segundo tubo, a extremidade de entrada do segundo duto difusor em linha com a saída do primeiro duto difusor e a extremidade de entrada do terceiro duto difusor em linha com a saída do segundo duto difusor, respectivamente. A extremidade superior de cada um dos suportes 26 é fixada na superfície de fundo 24b do anel flangeado 24.[00112] The notches 28a-28d of each of the brackets 26 are configured to hold the inlet of the first tube in line with the fuel injector, the inlet of the second tube in line with the outlet of the first tube, the inlet of the first diffuser duct with the outlet of the second tube, the inlet end of the second diffuser duct in line with the outlet of the first diffuser duct, and the inlet end of the third diffuser duct in line with the outlet of the second diffuser duct, respectively. The upper end of each of the brackets 26 is attached to the bottom surface 24b of the flanged ring 24.

[00113] A profundidade de penetração do primeiro tubo no segundo tubo e a profundidade de penetração do segundo tubo no primeiro duto difusor, a profundidade de penetração do segundo difusor no segundo duto difusor, e a profundidade de penetração do segundo duto difusor no terceiro duto difusor não são representadas nas figuras 1 e 2.[00113] The penetration depth of the first pipe into the second pipe and the penetration depth of the second pipe into the first diffuser duct, the penetration depth of the second diffuser into the second diffuser duct, and the penetration depth of the second diffuser duct into the third diffuser duct are not represented in Figures 1 and 2.

[00114] Voltando às figuras 3A e 3B que representam um exemplo do sistema incinerador da presente invenção, em que o sistema de mistura de combustível ar está conectado com o combustor 32 tendo um corpo cilíndrico que define a câmara de combustor 34 tendo extremidade de entrada 34a e uma parte de saída tendo uma segunda extremidade 34b.[00114] Returning to figures 3A and 3B which represent an example of the incinerator system of the present invention, in which the fuel air mixing system is connected with the combustor 32 having a cylindrical body defining the combustor chamber 34 having inlet end 34a and an outlet portion having a second end 34b.

[00115] Como mostrado na figura 5, as extremidades 34a e 34b do combustor neste exemplo são flangeadas, em que o flange 34a é configurado para conectar com o anel flangeado 24 do sistema combustível-ar.[00115] As shown in Figure 5, the ends 34a and 34b of the combustor in this example are flanged, wherein the flange 34a is configured to connect with the flanged ring 24 of the fuel-air system.

[00116] Neste exemplo, o combustor também tem um tubo de exaustão 36 tendo uma primeira extremidade flangeada 36a e uma segunda extremidade 36b (figura 6), a extremidade 36a do tubo de exaustão é conectada com a extremidade flangeada 34b do combustor, o tubo de exaustão se estende para longe da câmara de combustor e a extremidade 36b define uma saída do tubo de exaustão.[00116] In this example, the combustor also has an exhaust tube 36 having a first flanged end 36a and a second end 36b (FIG. 6), the end 36a of the exhaust tube is connected with the flanged end 34b of the combustor, the exhaust tube extends away from the combustor chamber, and the end 36b defines an outlet of the exhaust tube.

[00117] Como representado nas figuras 3A e 3B, neste exemplo, o combustor tem um recipiente de combustão adicional 38 se estendendo na câmara de combustor da extremidade 34b do mesmo.[00117] As depicted in Figures 3A and 3B, in this example, the combustor has an additional combustion vessel 38 extending into the end combustor chamber 34b thereof.

[00118] Como mostrado na figura 7, o recipiente de combustão tem uma extremidade flangeada superior 38b e uma extremidade cônica inferior 38a, em que a extremidade flangeada 38b é configurada para ser mantida dentro da conexão flangeada entre a extremidade superior 34b do combustor e a primeira extremidade 36a do tubo de exaustão. O recipiente combustor também tem várias perfurações 40 em suas paredes.[00118] As shown in Figure 7, the combustion vessel has an upper flanged end 38b and a lower tapered end 38a, wherein the flanged end 38b is configured to be held within the flanged connection between the upper end 34b of the combustor and the first end 36a of the exhaust pipe. The combustor vessel also has a plurality of perforations 40 in its walls.

[00119] As figuras 8A a 8C ilustram uma cobertura de proteção 50 para o sistema de incineração representado nas figuras 3A e 3B. A cobertura de proteção tem perfurações/fendas 53a na parede de fundo da mesma, e perfurações/fendas 53b nas paredes laterais inferiores. Neste exemplo, a cobertura de proteção tem uma porta articulada ou cobertura 52, para fornecer fácil acesso no sistema de incineração encerrado o mesmo.[00119] Figures 8A to 8C illustrate a protective cover 50 for the incineration system shown in Figures 3A and 3B. The protective cover has perforations/slits 53a in the bottom wall thereof, and perforations/slits 53b in the lower side walls. In this example, the protective cover has a hinged door or cover 52 to provide easy access into the enclosed incineration system therein.

[00120] As figuras 9A a 9C ilustra outro exemplo do sistema incinerador da presente invenção, em que, a parte de saída de combustor 62 compreende dois segmentos cilíndricos empilhados 64 e 66. O primeiro segmento cilíndrico é posicionado acima da câmara de combustão 68 e tem um diâmetro que é maior que a câmara de combustão, desse modo fornecendo uma primeira localização de ar de entrada 64a entre o combustor e o primeiro segmento cilíndrico 62. Em adição, o segundo segmento cilíndrico tem um diâmetro maior que o primeiro segmento cilíndrico, desse modo fornecendo uma segunda localização de entrada de ar 66a entre o primeiro segmento cilíndrico e o segundo segmento cilíndrico. Devido aos diâmetros diferentes dos segmentos cilíndricos, fendas de suporte 70 são fornecidas em um componente inferior, que fornece o suporte de um componente de diâmetro maior acima.[00120] Figures 9A-9C illustrate another example of the incinerator system of the present invention, wherein the combustor outlet portion 62 comprises two stacked cylindrical segments 64 and 66. The first cylindrical segment is positioned above the combustion chamber 68 and has a diameter that is larger than the combustion chamber, thereby providing a first inlet air location 64a between the combustor and the first cylindrical segment 62. In addition, the second cylindrical segment has a larger diameter than the first cylindrical segment, thereby providing a second air inlet location 66a between the first cylindrical segment and the second cylindrical segment. Due to the differing diameters of the cylindrical segments, support slots 70 are provided in a lower component, which provide support for a larger diameter component above.

[00121] As figuras 10A e 10B ilustram outro exemplo de recipiente de combustão, que é configurado como um cilindro de fundo fechado 80 incluindo vários furos 82 no mesmo, na parede lateral 84 e no fundo 86. Neste exemplo, os furos 86 no fundo aumentam em diâmetro radialmente para a borda externa do fundo.[00121] Figures 10A and 10B illustrate another example of a combustion vessel, which is configured as a closed bottom cylinder 80 including a plurality of holes 82 therein, in the side wall 84 and in the bottom 86. In this example, the holes 86 in the bottom increase in diameter radially toward the outer edge of the bottom.

[00122] A figura 11 representa uma cobertura de proteção 90 configurada para fechar o sistema de incineração incluindo um tubo de exaustão segmentado como ilustrado nas figuras 9A a 9C. Neste exemplo, a cobertura protetora é configurada similar à cobertura discutida acima com respeito às figuras 8A a 8C, com modificações para melhorar a funcionalidade do tubo de exaustão segmentado. Neste exemplo, a parte superior da cobertura inclui uma primeira entrada de ar 92 e uma segunda entrada de ar 94, em que estas entradas de ar fornecem abertura para o ar externo entrar na primeira entrada de ar e na segunda entrada de ar do tubo de exaustão segmentado. Fornecendo esta abertura dentro da cobertura, o ar externo mais frio pode ser fornecido nas entradas de ar, o que pode aperfeiçoar a combustão secundária e terciária de combustível residual no tubo de exaustão segmentado.[00122] Figure 11 depicts a protective cover 90 configured to enclose the incineration system including a segmented exhaust pipe as illustrated in Figures 9A-9C. In this example, the protective cover is configured similar to the cover discussed above with respect to Figures 8A-8C, with modifications to improve the functionality of the segmented exhaust pipe. In this example, the upper portion of the cover includes a first air inlet 92 and a second air inlet 94, wherein these air inlets provide an opening for outside air to enter the first air inlet and the second air inlet of the segmented exhaust pipe. By providing this opening within the cover, cooler outside air can be supplied to the air inlets, which can enhance secondary and tertiary combustion of residual fuel in the segmented exhaust pipe.

[00123] A figura 12 representa um exemplo do sistema incinerador da presente invenção, em que o sistema de mistura de combustível-ar 110 é conectado com o combustor 112 definido as câmaras de combustor segmentadas 114 (câmara primária) e 116 (pós-queimador). O combustor tem uma extremidade de entrada 118a e uma segunda extremidade 118b se comunicando com o sistema de exaustão 126 tendo partes segmentadas 128 e 130. A câmara primária está em comunicação com o sistema de mistura de combustível-ar 110 por meio da extremidade de entrada 118a e a fonte de ignição primária 120. Em alguns casos, fontes de ignição secundária e terciária 122 e 124 po-dem também ser fornecidas. Por exemplo, a primeira fonte de ignição secundária pode ser fornecida na junção do combustor primário e o primeiro pós-queimador, e assim por diante. Uma fonte de ignição terciária pode ser fornecida na junção do último pós-queimador e a entrada do sistema de exaustão.[00123] Figure 12 depicts an example of the incinerator system of the present invention, wherein the fuel-air mixing system 110 is connected to the combustor 112 defined by the segmented combustor chambers 114 (primary chamber) and 116 (afterburner). The combustor has an inlet end 118a and a second end 118b communicating with the exhaust system 126 having segmented portions 128 and 130. The primary chamber is in communication with the fuel-air mixing system 110 via the inlet end 118a and the primary ignition source 120. In some cases, secondary and tertiary ignition sources 122 and 124 may also be provided. For example, the first secondary ignition source may be provided at the junction of the primary combustor and the first afterburner, and so on. A tertiary ignition source may be provided at the junction of the last afterburner and the exhaust system inlet.

[00124] Serpa facilmente entendido que todos os componentes discutidos aqui podem ser construídos de qualquer material adequado. Adicionalmente, todos os componentes discutidos aqui podem ser fabricados por qualquer processo adequado que será facilmente apreciado pelo especialista.[00124] It will be readily understood that all components discussed herein may be constructed of any suitable material. Additionally, all components discussed herein may be manufactured by any suitable process which will be readily appreciated by the skilled artisan.

[00125] Nos testes, os combustores foram feitos de aço. No entanto, outros materiais podem ser usados também. Uma consideração é que os materiais tenham resistência ao calor suficiente, especialmente para a câmara de combustão e tubo de exaustão.[00125] In the tests, the combustors were made of steel. However, other materials can be used as well. One consideration is that the materials have sufficient heat resistance, especially for the combustion chamber and exhaust pipe.

[00126] É óbvio que as modalidades precedentes da invenção são exemplos e podem ser variadas de muitas maneiras. Tais variações presentes ou futuras não devem ser vistas como um afastamento do espírito e escopo da invenção, e todas as modificações que seriam óbvias para alguém versado na técnica são destinadas a serem incluídas no escopo das reivindicações seguintes.[00126] It is obvious that the foregoing embodiments of the invention are exemplary and may be varied in many ways. Such present or future variations are not to be viewed as a departure from the spirit and scope of the invention, and all modifications that would be obvious to one skilled in the art are intended to be included within the scope of the following claims.

[00127] O escopo das reivindicações não deve ser limitado pelas modalidades preferidas apresentadas na descrição, mas deve ser dada a interpretação mais ampla consistente com a descrição como um todo.[00127] The scope of the claims should not be limited by the preferred embodiments set forth in the description, but should be given the broadest interpretation consistent with the description as a whole.

Claims

1. A fuel incineration system comprising: a fuel injector (12) configured to inject fuel at a predetermined forced rate; a multistage fuel-air mixing device (10, 110) having an inlet end (14a) and an outlet end (16b, 22b), the multistage fuel-air mixing device being in fluid communication at the inlet end (14a) with the fuel injector for receiving fuel injected from the fuel injector (12) to be mixed with entrained air to form a fuel-air mixture; the multistage fuel-air mixing device (10, 110) comprising a plurality of vertically stacked fuel inlet tubes (14, 16, 18), each inlet tube having an inlet (14a, 16a, 18a) and an outlet (14b, 16b, 18b), wherein the cross-sectional area of the inlet (14a, 16a, 18a) of each inlet tube is greater than the cross-sectional area of the outlet (14b 16b, 18b) of a preceding inlet tube (14, 16, 18), thereby providing an annular space between two adjacent inlet tubes for entraining additional air when the fuel-air mixture is passed from one inlet tube into the adjacent inlet tube; a combustor (32, 62, 112) extending vertically from the multistage fuel-air mixing device, the combustor (32, 62, 112) having an inlet portion (34a) in fluid communication with the outlet end (16b, 22b) of the multistage fuel-air mixing device (10, 110), and an outlet portion (34b) for exhausting fuel combustion products, said combustor defining a combustor chamber (34, 68) between the inlet and outlet portions (34a, 34b); said combustor (32, 62, 112) further in communication with a primary ignition source (120); wherein the system (32, 62, 112) is configured to obtain a desired retention time of the fuel-air mixture within the combustion chamber (34, 68).

2. The incineration system of claim 1, wherein the combustor (62, 112) comprises two or more segmented combustion chambers (64, 66, 114, 116), each having an inlet portion and an outlet portion, wherein the first combustion chamber (114) communicates with the fuel-air mixing device and the primary ignition source (120) to define the primary combustion chamber (114) and subsequent segments define afterburners (116) and are in communication with the outlet portion.

3. The incineration system of claim 2, wherein the one or more afterburners (116) are provided with a secondary ignition source (122) and/or a tertiary ignition source (124), wherein the primary ignition source (120), the secondary ignition source (122) and/or the tertiary ignition source (124) are optionally provided within the segmented combustion chambers, and optionally proximate to the air inlet or at a location that can be removed from the air inlet location, while being within the path of the air entering the incineration system at the air inlet.

4. Incineration system according to any one of claims 2 to 3, characterized in that the cross-sectional area of the inlet of at least one segmented combustion chamber (66) is greater than the cross-sectional area of the outlet of a preceding segmented combustion chamber (64).

5. Incineration system according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the outlet part of the combustor (62) is comprised of two or more stacked segmented parts (64, 66), each having an inlet and an outlet.

6. Incineration system according to claim 5, characterized in that the cross-sectional area of the inlet of at least one of the segmented outlet portions (66) is greater than the cross-sectional area of a preceding segmented outlet portion (64).

7. Incineration system according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the combustion chamber (34, 68) has a container (38, 80).

8. Incineration system according to claim 7, characterized in that the container has several holes therein.

9. The incineration system of claim 8, wherein a first hole has a first diameter and is positioned closer to the fuel mixing device than a second hole having a second diameter, wherein the first diameter is smaller than the second diameter.

10. Incineration system according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it further comprises an exhaust tube (36, 126) in fluid communication with the outlet portion of the combustor.

11. Incineration system according to claim 10, characterized in that the exhaust tube (126) has an annular ring at the outlet thereof, the annular ring projecting into the interior of the exhaust tube.

12. The incineration system of claim 11, wherein the exhaust tube (126) includes two or more stacked cylindrical segments (128, 130), each having an inlet and an outlet.

13. The incineration system of claim 12, wherein a first segment (128) of the stacked cylindrical segments has a first cross-sectional area and a second segment (130) of the stacked cylindrical segments has a second cross-sectional area, the first segment being closer to the combustion chamber than the second segment, and wherein the first cross-sectional area is smaller than the second cross-sectional area.

14. The incineration system of claim 13, wherein the first cross-sectional area and the second cross-sectional area are selected to provide an annular space between the first segment and the second segment for entrainment of air into the stacked cylindrical segments.

15. Incineration system according to claim 14, characterized in that the first segment (128) is connected to the combustor (112) and has a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the outlet portion of the combustor.

16. The incineration system of claim 14, wherein the first segment (128) has a cross-sectional area greater than the cross-sectional area of the outlet portion of the combustor, thereby providing an additional air inlet location between the combustor and the first cylindrical segment.

17. Incineration system according to claim 12, characterized in that at least one of the stacked cylindrical elements (128, 130) has an annular ring at the outlet thereof, the annular ring projecting into the interior of the at least one of the stacked cylindrical elements.

18. Incineration system according to claim 17, characterized in that the annular ring is formed from several corrugations or formed as a protuberance.

19. Incineration system according to any one of claims 1 to 18, characterized in that it further comprises a protective cover (90) surrounding the combustion chamber.

20. Incineration system according to claim 19, characterized in that the protective covering includes one or more air inlets (92, 94).

21. The incineration system of claim 20, wherein the exhaust tube (126) includes a first segment (128) and a second segment (130) in a stacked configuration, wherein the first segment has a smaller cross-sectional area than the cross-sectional area of the second segment allowing air entrainment within the second segment, and wherein one or more shroud air inlets align with a transition zone between the first segment and the second segment, and/or wherein one or more shroud air inlets are offset with a transition zone between the first segment and the second segment.

22. A method of improving the incineration of a fuel, the method comprising: providing a vertically stacked multistage fuel-air mixing device (10, 110) having an inlet end (14a) in fluid communication with an air source and an outlet end (16b, 22b) in fluid communication with a combustor (32, 112); the multistage fuel-air mixing device including a plurality of vertically stacked fuel inlet tubes (14, 16, 18), each inlet tube having an inlet (14a, 16a, 18a) and an outlet (14b, 16b, 18b), wherein the inlet cross-sectional area of each tube is greater than the outlet cross-sectional area of a preceding inlet tube to provide an annular space between adjacent tubes for entraining additional air; injecting a fuel into the inlet (14a) of the multistage fuel-air mixing device (10, 110) by means of a fuel injector (12) configured to inject fuel at a predetermined forced velocity to form an air-fuel mixture, and to achieve velocity/momentum for the mixed air and fuel to flow into the combustor and entrain additional air when the air-fuel mixture is ejected into the adjacent fuel inlet tube; thereby creating a fuel-air mixture having a fuel to air ratio sufficient for substantially complete combustion of the fuel.