BR102022016812A2 - Sistema de recuperação de energia de gases quentes de escape - Google Patents

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Abstract

A presente invenção se refere ao campo de recuperação de energia de gases quentes de escape, um tipo de sistema que é bastante utilizado em grupos geradores industriais para produzir vapor usado em processos industriais ou frio para refrigerar perecíveis ou para resfriar ambientes. O sistema de acordo com a presente invenção se aplica à recuperação de energia dos gases de escape em grupos geradores de pequeno porte, menores do que 10MW, e compreende um turbo (1) conectado à saída dos gases de escape (2) numa planta de grupo gerador de pequeno porte (3) e em que o referido turbo (1) é conectado a uma bomba hidráulica (4), que gera pressão e transmite esta pressão para um acumulador de pressão hidráulica (5) que, por sua vez, envia fluido hidráulico sob pressão para um motor hidráulico (6) de velocidade constante, que move uma polia (7), sendo que a referida polia (7), por sua vez, move uma outra polia (8), instalada diretamente no eixo do alternador (9) do grupo gerador (3). Além de polias (7,8), o movimento pode ser feito através de um sistema engrenagens / embreagens ou através de um conversor de torque.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[01] A presente invenção se refere ao campo de recuperação de energia de gases quentes de escape, um tipo de sistema que é bastante utilizado em grupos geradores industriais para produzir vapor usado em processos industriais ou frio para refrigerar perecíveis ou para resfriar ambientes.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[02] Turbocompressores convencionais se valem da potência de exaustão do motor para acionar uma turbina de exaustão do turbocompressor que alimenta um compressor de ar que fornece ar de combustão de alta pressão ao motor. Para veículos automotores modernos, há necessidade de maior potência específica do motor, menor consumo de combustível e menores emissões de escape. Estes são atendidos com motores menores de velocidade mais alta que exigem alto impulso alcançável em amplas faixas de velocidade do motor. Uma necessidade específica dos motores modernos de alta velocidade é um maior torque do motor na faixa de baixa rotação do motor para melhorar a aceleração do veículo. Isso geralmente resulta em um excesso de energia de exaustão do motor em velocidades mais altas do motor. Para evitar a sobrevelocidade e sobrepressão do turbocompressor, uma solução encontrada no estado da técnica se aproveita de porções substanciais de “wastegating” do fluxo de exaustão do motor, o que representa um desperdício de combustível. A energia desperdiçada que sai do tubo de escape na forma de fluxo de gases de escape é estimada em até 20% em motores compactos.
[03] Algumas soluções para aproveitamento de gases de escape são encontradas no estado da técnica. O documento US7640643, por exemplo, revela um sistema aplicado a uma usina de geração de energia de ciclo combinado (CC) em uma usina de armazenamento de energia de ar comprimido de gerenciamento de carga (CAES). A usina de energia CC inclui pelo menos uma turbina de combustão, um gerador de vapor de recuperação de calor (HRSG) para receber calor de exaustão de uma turbina de combustão associada, uma turbina a vapor associada ao HRSG e um gerador elétrico associado à turbina a vapor. Um armazenamento de ar armazena ar comprimido. Pelo menos um compressor fornece ar comprimido ao armazenamento de ar para que a energia fora do pico possa ser convertida em energia de ar comprimido armazenada no armazenamento de ar. O ar comprimido do armazenamento é recebido pelo HRSG e o HRSG fornece calor ao ar comprimido recebido do armazenamento de ar. A turbina a vapor recebe ar comprimido aquecido do HRSG e expande o ar comprimido aquecido para produzir energia.
[04] Já o documento CN110953763 revela um sistema de geração combinada de calor e energia a gás e um método de controle do mesmo. O sistema combinado de geração de calor e energia a gás compreende um primeiro compressor, uma caldeira de alta temperatura, um segundo compressor, uma câmara de armazenamento de material, um motor a gás, um dispositivo de turbina a gás, um gerador, um dispositivo de reciclagem de calor residual de alta temperatura, um dispositivo de reciclagem de calor residual de baixa temperatura, uma caldeira de calor residual e um pré-aquecedor de ar. Por meio do sistema de geração combinada de calor e energia a gás e o método de controle do mesmo, a função de geração combinada de calor e energia a gás é alcançada de forma abrangente, por meio da caldeira de alta temperatura, do motor a gás, do dispositivo de turbina a gás, do gerador, o dispositivo de reciclagem de calor residual de alta temperatura, o dispositivo de reciclagem de calor residual de baixa temperatura, a caldeira de calor residual e o pré-aquecedor de ar, a reciclagem abrangente de energia elétrica e energia térmica é alcançada, e a eficiência de conversão de energia do sistema pode ser melhorada.
[05] Já a presente invenção se concentra na recuperação de energia de gases quentes de escape, um tipo de sistema que é bastante utilizado em grupos geradores industriais para produzir vapor usado em processos industriais ou frio para refrigerar perecíveis ou para resfriar ambientes em uma planta de pequeno porte. Em plantas de potência maior, compostas de grupos geradores de grande porte, os gases de escape são combinados em uma caldeira de recuperação de energia para produzir energia suficiente para mover uma turbina a vapor capaz de produzir uma quantia de energia elétrica adicional. Este tipo de sistema, porém, só tem viabilidade econômica em plantas compostas de muitos grupos geradores de grande porte.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[06] A presente invenção visa a recuperação de energia de gases quentes de escape, um tipo de sistema que é bastante utilizado em grupos geradores industriais para produzir vapor usado em processos industriais ou frio para refrigerar perecíveis ou para resfriar ambientes.
[07] Até o presente momento a recuperação de energia dos gases de escape em grupo geradores de menor porte, menor de 10MW, nunca foi viável.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[08] A Figura 1 ilustra esquematicamente o sistema de acordo com a presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[09] Em termos econômicos, o sistema de acordo com a presente invenção é viável para plantas com grupos geradores de menor porte.
[010] O sistema de acordo com a presente invenção consiste dos seguintes componentes básicos: 1. Um turbo na saída dos gases de escape conectado com 2. Uma bomba hidráulica que gera pressão e passa para 3. Um acumulador de pressão hidráulica que manda óleo hidráulico sob pressão para 4. Um motor hidráulico de velocidade constante que move uma polia que move 5. Uma outra polia, instalada diretamente no eixo do alternador do grupo gerador, assim aumentando a potência mecânica gerada do sistema e subsequentemente aumentando a potência elétrica total gerado do grupo gerador.
[011] Além de polias, o movimento pode ser feito através de um sistema engrenagens / embreagens ou através de um conversor de torque.
[012] No sistema de acordo com a presente invenção o óleo hidráulico de baixa pressão descarregado de bomba hidráulica é drenado por um tanque de óleo (6), que funciona como a bacia de acumulação sem pressão, cuja função é de suprir a turbo/bomba com óleo para manter o ciclo hidráulico.
[013] O sistema de acordo com a presente invenção pode incrementar a potência total gerada pelo grupo gerador em 5-10%, utilizando a mesa quantidade de combustível, o que é um ganho significativo em usinas de geração contínua.
[014] Uma primeira forma de realização preferida da presente invenção pode ser descrita com referência à figura 1.
[015] A FIG. 1 ilustra algumas das características importantes da presente invenção, em que um turbo (1) é conectado à saída dos gases de escape (2) numa planta de grupo gerador de pequeno porte (3). O referido turbo (1) é conectado a uma bomba hidráulica (4), que gera pressão e transmite esta pressão para um acumulador de pressão hidráulica (5) que, por sua vez, envia fluido hidráulico sob pressão para um motor hidráulico (6) de velocidade constante, que move uma polia (7).
[016] A polia (7), por sua vez, move uma outra polia (8), instalada diretamente no eixo do alternador (9) do grupo gerador (3). Deste modo, a potência mecânica gerada pelo sistema é aumentada e, subsequentemente, a potência elétrica total gerada do grupo gerador (3) é também aumentada.
[017] Além de polias, o movimento do sistema de acordo com o presente pedido pode ser feito através de um sistema engrenagens / embreagens ou através de um conversor de torque.
[018] No sistema de acordo com a presente invenção o fluido hidráulico de baixa pressão descarregado da bomba hidráulica (4) é drenado por um tanque de fluido (10), que funciona como uma bacia de acumulação sem pressão, cuja função é a de suprir o turbo/bomba com fluido para manter o ciclo hidráulico.
[019] No sistema de acordo com a presente invenção o motor hidráulico pode ser conectado: 1 - No Volante Motor, 2 - No acoplamento entre Motor / Alternador, e 3 - No Eixo Alternador.
[020] O restante do sistema é todo convencional e o sistema se paga rapidamente. Este sistema é capaz de incrementar em 5-10% a potencia total gerada pelo grupo gerador, usando a mesa quantidade de combustível, o que é um ganho significativo em usinas de geração contínua.
[021] É importante destacar que as descrições aqui apresentadas são meramente uma modalidade preferida da presente invenção e que mudanças podem ser feitas sem se afastar do espírito da presente invenção.
[022] Por exemplo, a invenção pode ser aplicada a uma grande variedade e tamanhos de motores diesel estacionários, bem como motores de veículos motorizados. Muitas características de documentos do estado da técnica que foram incorporadas por referência aqui podem ser utilizadas em conexão com a presente invenção.
[023] Por todas as razões acima, o escopo da presente invenção deve ser determinado por referência às reivindicações anexas e não limitado pela modalidade específica descrita neste relatório descritivo.

Claims (3)

1. Sistema de turbo compressor hidráulico para motores de combustão interna caracterizado pelo fato de que compreende um turbo (1) conectado à saída dos gases de escape (2) numa planta de grupo gerador de pequeno porte (3) e em que o referido turbo (1) é conectado a uma bomba hidráulica (4), que gera pressão e transmite esta pressão para um acumulador de pressão hidráulica (5) que, por sua vez, envia fluido hidráulico sob pressão para um motor hidráulico (6) de velocidade constante, que move uma polia (7), sendo que a referida polia (7), por sua vez, move uma outra polia (8), instalada diretamente no eixo do alternador (9) do grupo gerador (3).
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido hidráulico de baixa pressão descarregado da bomba hidráulica (4) é drenado por um tanque de fluido (10), que funciona como uma bacia de acumulação sem pressão, cuja função é a de suprir o turbo/bomba com fluido para manter o ciclo hidráulico.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que além de polias (7,8), o movimento pode ser feito através de um sistema engrenagens / embreagens ou através de um conversor de torque.
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