BR112013024127B1

BR112013024127B1 - Método e sistema para recuperação de energia térmica de um secador a vapor

Info

Publication number: BR112013024127B1
Application number: BR112013024127-6A
Authority: BR
Inventors: Bengt-Olof Naslund
Original assignee: Outotec Oyj
Priority date: 2011-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2021-04-27
Also published as: SE535782C2; EA201391352A1; DK2689193T3; EP2689193A1; SE1150249A1; EA023744B1; EP2689193A4; EP2689193B1; BR112013024127A2; US20150082656A1; US9410450B2; WO2012128712A1

Abstract

processo e sistema para recuperação de energia térmica de um secador a vapor. a presente invenção refere-se a um método para a recuperação de energia térmica de um secador a vapor (2) com uma circulação fechada 2.1 que produz vapor em excesso (ss), caracterizado pelo fato de que o vapor em excesso (ss) é condensado para um condensado impuro (uc) em uma unidade de regeneração de vapor (3) e a energia térmica no condensado impuro (uc) é recuperada através da transferência para um meio de aquecimento urbano (hw) em um trocador de calor (4) para o aquecimento urbano. a invenção refere-se também a um sistema para a recuperação de energia térmica de um secador a vapor (2) com uma circulação fechada (2.1).

Description

Área da Técnica

A presente invenção refere-se a um processo e a um sistema para a recuperação de energia térmica de um secador a vapor, de acordo com a introdução às reivindicações 1 e 10. A invenção refere-se também à combinação de bioenergia.

Técnica Anterior

A secagem de material exige muita energia. Um secador a vapor pode ser usado a fim de reduzir o consumo de energia e o impacto no ambiente. O secador a vapor é dotado de uma circulação fechada em que o vapor de secagem circula e é usado repetidamente para a secagem de material úmido. O vapor em excesso é formado durante o processo de secagem e isso é retirado da circulação. O vapor em excesso tem um conteúdo de energia alto, que normalmente é perdido visto que uma usina extensiva é exigida a fim de que seja possível recuperar a energia de uma maneira eficiente e em custo de operação baixo.

Descrição da Invenção

Um propósito da invenção é oferecer um método e um sistema que recuperam de uma maneira eficiente a energia térmica no vapor em excesso que é obtido durante a secagem de material em um secador a vapor com uma circulação fechada. Em particular, o método e o sistema oferecem uma maneira eficiente para recuperar a energia térmica do condensado que é obtido durante um processo de regeneração de vapor do vapor em excesso.

Esse propósito é alcançado através do método com os recursos distintivos que são especificados na parte de caracterização da reivindicação 1 e o sistema com os recursos distintivos que são especificados na parte de caracterização da reivindicação 10.

Uma vantagem do método de acordo com a invenção é que a energia térmica do vapor em excesso é recuperada em um sistema de aquecimento urbano.

Outra vantagem do método de acordo com a invenção é que a energia térmica no condensado impuro da unidade de regeneração de vapor é recuperada e é usada, ao invés de ser liberada para o sistema de água residual e, consequentemente, ser perdida.

O sistema de acordo com a invenção demonstra vantagens cor-respondentes e propriedades técnicas como o método descrito acima.

As modalidades dadas como exemplos são reveladas nas rei-vindicações dependentes.

As vantagens e recursos distintivos adicionais da invenção se tornarão claros na descrição detalhada a seguir da invenção, que constitui um exemplo, e não deve ser interpretada, portanto, de tal maneira que seja limitante para o escopo de proteção da invenção. As referências aos desenhos anexos foram incluídas no texto a fim de facilitar o entendimento, em que às partes equivalentes ou similares foram dadas o mesmo número de referência.

Breve Descrição dos Desenhos

A Figura 1 mostra esquematicamente um sistema de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 2 mostra esquematicamente um sistema de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção.

Descrição Detalhada e Modalidades

A Figura 1 mostra esquematicamente um sistema 1 de acordo com uma modalidade da presente invenção.

O sistema 1 compreende um secador a vapor 2 com uma circulação fechada, uma unidade de regeneração de vapor 3, um trocador de calor 4 para o aquecimento urbano e um trocador de calor 5 para a recuperação de calor.

O sistema 1 também compreende um processo de potência a vapor 6 que compreende um ciclo de vapor que tem uma turbina a vapor 7, um condensador de baixa pressão 8, um condensador de aquecimento urbano e um preaquecedor de baixa pressão combinados 9, um tanque de água de suprimento 10 e uma caldeira de vapor 11. O trocador de calor 5 para a recuperação de calor é conectado ao ciclo de vapor e funciona como um preaquecedor de pressão baixa. O trocador de calor 5 para a recuperação de calor funciona como uma primeira etapa de preaquecimento no ciclo de vapor e, consequentemente, como parte do processo de potência a vapor. Isso será descrito em mais detalhes abaixo. O processo de potência a vapor supre o secador a vapor 2 com calor para a secagem de material úmido.

Os vários elementos do sistema são conectados através de canos, linhas e acoplamentos que permitem que um meio tal como gás ou fluido seja transportado de uma maneira segura entre os elementos conectados.

O secador a vapor 2 é um secador a vapor pneumático com uma circulação 2.1 que compreende uma disposição de admissão 2.2, um com-partimento de secagem 2.3 tal como, por exemplo, um tubo de secagem, pelo menos um ciclone 2.4 para a separação de material seco do vapor de secagem, uma disposição de emissão 2.5, um ventilador 2.6, um trocador de calor 2.7 e uma linha de retirada 2.8 para a retirada de vapor em excesso. A circulação 2.1 também compreende tubulações e acoplamentos a fim de conectar as várias disposições no secador a vapor. A circulação 2.1 do secador a vapor é fechada essencialmente a fim de limitar o consumo de energia durante o processo de secagem e a fim de minimizar as emissões do secador a vapor. Quando o secador a vapor 2 está em operação, a circulação é colocada sob uma pressão que excede a pressão atmosférica e a mesma é preenchido com o vapor de secagem. Alternativamente, o secador a vapor pode ser adaptado para trabalhar em uma pressão negativa. O vapor de secagem consiste principalmente em vapor recirculado que foi aquecido no trocador de calor. O ambiente interno da circulação tem um teor muito baixo de oxigênio e não há, portanto, risco de explosões de pó. O nível de oxigênio é inferior a 1%, preferencialmente, inferior a 0,5%.

Todas as partes do secador a vapor e outras disposições na circulação são projetadas para serem colocadas sob pressão durante a operação.

O secador a vapor pode ser projetado, alternativamente, como um secador de leito de fluido adaptado para operar com pressão em excesso ou com pressão negativa.

A disposição de admissão 2.2 e a disposição de emissão 2.5 são projetadas para serem vedadas e resistirem à pressão, de modo que vazamento a partir da circulação seja evitado. A disposição de admissão e a disposição de emissão podem ser, por exemplo, uma alimentação de célula ou parafuso de pino.

O ciclone 2.4 separa o material seco do vapor de secagem. O vapor de secagem separado é recirculado a partir do ciclone para um ventilador e para um trocador de calor.

Pelo menos um trocador de calor 2.7 é conectado à circulação 2.1. O trocador de calor 2.7 pode ser, por exemplo, um trocador de calor de caldeira de tubo. Tal trocador de calor tem normalmente uma superfície de transferência de calor grande e é conhecido por alcançar uma boa transferência de calor.

O trocador de calor 2.7 é suprido com vapor de alta pressão de uma turbina a vapor. É vantajoso superaquecer o vapor de secagem no trocador de calor, visto que a capacidade do vapor de secagem de absorver umidade do material é aumentada nesse caso. É comum que o vapor de secagem tenha uma temperatura inicial de aproximadamente 200 °C após o trocador de calor.

O secador a vapor 2 é usado para secar materiais a granel úmidos, por exemplo, pedaços sólidos de madeira, tal como aparas de madeira, serragem ou similares. Também é bem adequado secar biomassa agrícola ou turfa. O material a granel que deve ser seco tem uma distribuição de dimensão e uma dimensão de partícula que são adequadas para que o mesmo seja transportado pneumaticamente através da circulação. O material a granel tem um teor de umidade inicial superior a aproximadamente 30% em peso: o teor de umidade é frequentemente superior a 40% antes da operação de secagem. O material a granel seco é usado para, entre outras aplicações, combustível e para a fabricação de pellets.

O termo "material a granel" compreende todos os tipos de mate- rial particular sólido úmido ou molhado com uma distribuição de dimensão e dimensão de partícula que são adequadas para o transporte pneumático.

O termo "material a granel" é usado para indicar todos os tipos de material orgânico, por exemplo, material derivado de madeira, material que surge na agricultura, turfa, lignito e lama de depuração. O material a granel compreende, em particular, biomassa de plantas. Aqui, por exemplo, os produtos residuais de agricultura estão incluídos, tais como talos e palha. Os mesmos incluem também materiais brutos derivados de madeira, por exemplo, aparas de madeira e serragem, e produtos residuais de silvicultura e indústria madeireira. O material derivado de madeira inclui madeira, madeira serrada. O material derivado de madeira inclui também material finamente dividido tais como aparas de madeira, serragem ou similares. A biomassa também compreende culturas de energia e turfa.

Esses materiais a granel têm um teor de umidade inicial superior a aproximadamente 30% em peso: o teor de umidade é frequentemente superior a 40% antes da operação de secagem.

A invenção refere-se também ao uso do método durante a secagem a vapor de material a granel que compreende material particular que consiste em um ou vários dos materiais mencionados acima.

Quando o material consiste em material derivado de madeira, o conteúdo de energia do material seco é muito alto. O material seco, portanto, é adequado para uso, em particular, durante a produção de combustíveis, tal como biopellets. A fim de alcançar uma qualidade alta de pellets, é vantajoso secar o material para um teor de umidade que é inferior a 12% em peso. Uma condição de operação normal é que o secador a vapor trabalha em uma pressão de vapor que pode variar entre 150 a 450 kPa (1,5 a 4,5 bar) de pressão em excesso.

O vapor em excesso SS é formado durante o processo de secagem de material a granel. A fim de regular a pressão na circulação 2.1, o vapor em excesso SS é retirado do secador a vapor 2 através da linha de retirada 2.8.

O vapor em excesso que é retirado do secador a vapor é impuro e contém terpenos, hidrocarbonetos e partículas, que não foram separados do vapor de secagem no ciclone. O vapor de secagem deve ser limpo dessas substâncias a fim de ter capacidade para recuperar a energia no mesmo.

O sistema de acordo com a Figura 1 também compreende uma unidade de regeneração de vapor 3 que é conectada ao secador a vapor 2 através da linha de retirada 2.8 para o vapor em excesso. A unidade de regeneração de vapor 3 compreende as disposições para a purificação do vapor em excesso, por exemplo, um agitador 3.1 e um reformador a vapor 3.2.

Um agitador 3.1 é mostrado na Figura 1. O agitador tem uma entrada de vapor 3.11 que é conectada à linha de retirada 2.8 do secador a vapor para o vapor em excesso SS, e uma saída de vapor 3.12 que é conectada a um reformador a vapor 3.2. O agitador 3.1 também tem uma entrada de condensado 3.13 para o condensado impuro UC, cuja entrada é conectada a uma saída de condensado 3.25 no reformador a vapor. O agitador também tem uma saída de condensado 3.14 para o condensado impuro UC, cuja saída é conectada a um trocador de calor 4 para o aquecimento urbano. O condensado impuro UC que deixa o agitador através da saída de condensado 3.14 foi aquecido a uma temperatura de aproximadamente 140 a 145 °C. O vapor em excesso SS é limpo no agitador 3.1 através de contato direto com o condensado impuro do reformador a vapor através de condensação de gases condensáveis. O vapor em excesso é conduzido, subsequentemente, a partir do agitador 3.1 para uma entrada 3.21 para o vapor em excesso no reformador a vapor.

O reformador a vapor 3.2 compreende um trocador de calor indireto. O reformador a vapor tem um lado para o vapor limpo e um lado para o vapor impuro. O lado do reformador a vapor para o vapor impuro compreende uma entrada de vapor 3.21 para o vapor em excesso SS conectada à saída de vapor 3.12 do agitador, uma saída de condensado 3.24 conectada à entrada de condensado 3.13 do agitador e uma saída de gás 3.23 para gases não condensáveis conectada a uma caldeira de vapor 12. O lado de vapor limpo do reformador a vapor compreende uma entrada de condensado 3.25 conectada a um recipiente de condensado 11, por exemplo, um tanque de água de suprimento no processo de potência a vapor. O lado de vapor limpo também compreende uma saída de vapor 3.22 para o vapor limpo CS conectada a uma turbina a vapor 7 no processo de potência a vapor.

O reformador a vapor 3.2 recebe o vapor em excesso SS do agitador 3.1 através da entrada de vapor 3.21.

O reformador a vapor 3.2 tem um meio, tal como um trocador de calor indireto, para recuperar a energia térmica do vapor em excesso SS através de condensação do vapor em excesso SS e através da vaporização simultânea de condensado limpo que é suprido para o reformador a vapor através da entrada de condensado 3.25 para a geração de apor limpo CS. O reformador a vapor 3.2 também tem um meio, a saída de vapor 3.22, para suprir o vapor limpo CS para uma turbina a vapor 7 a ser usada na produção de eletricidade. Uma fração da energia é recuperada, desse modo, a partir do secador a vapor na produção de eletricidade, e isso leva a uma eficiência alta para o sistema.

Além disso, o condensado impuro UC é gerado durante a con-densação de vapor em excesso SS, como são os gases não condensáveis. Os gases não condensáveis no vapor em excesso são supridos para a caldeira de vapor 11 e recuperados na mesma.

O condensado impuro deixa o reformador a vapor 3.2 através da saída de condensado 3.24 e é conduzido para a entrada de condensado 3.13 no agitador. O lado de vapor limpo do reformador a vapor tem uma válvula de regulador que funciona para reter a pressão no lado de vapor impuro, e que é regulada indiretamente pela pressão do vapor de secagem no secador a vapor. O reformador a vapor tem uma eficiência alta; uma fração grande da energia do vapor em excesso retirado é transferida para o vapor limpo que pode ser recuperado no processo de potência a vapor.

O trocador de calor 4 para o aquecimento urbano compreende um trocador de calor indireto. A energia térmica no condensado impuro UC é recuperada no trocador de calor para o aquecimento urbano e é transferida para um meio de aquecimento urbano HW, ao invés do condensado impuro UC que é conduzido diretamente para a descarga de resíduo através da qual a energia térmica é perdida.

O trocador de calor para o aquecimento urbano compreende uma entrada de condensado 4.1 e uma saída de condensado 4.2 para o condensado impuro UC. O trocador de calor para o aquecimento urbano também compreende uma entrada 4.3 e uma saída 4.4 para um meio de aquecimento urbano HW. O condensado impuro UC que deixa o trocador de calor para o aquecimento urbano tem uma temperatura de aproximadamente 60 a 90 °C. O trocador de calor para o aquecimento urbano é conectado a uma rede de aquecimento urbano 13.

A Figura 1 mostra que a saída de condensado 4.2 do trocador de calor para o aquecimento urbano para o condensado impuro é conectada a uma entrada de condensado 5.1 no trocador de calor 5 para a recuperação de calor no processo de potência a vapor 6.

O trocador de calor 5 para a recuperação de calor é um trocador de calor indireto. O mesmo compreende uma entrada de condensado 5.1 e uma saída de condensado 5.2 para o condensado impuro UC. O trocador de calor 5 para a recuperação de calor também compreende uma entrada 5.3 e uma saída 5.4 para o condensado de turbina a vapor.

A energia térmica no condensado impuro do vapor em excesso é recuperada no trocador de calor 5 para a recuperação de calor e é transferida para um condensado de turbina a vapor STC1 que é suprido para o trocador de calor 5 para a recuperação de calor de um condensador de baixa pressão 8 no processo de potência a vapor.

Conforme foi descrito anteriormente, o trocador de calor 5 para a recuperação de calor funciona como um preaquecedor de baixa pressão. O mesmo constitui a primeira etapa de preaquecimento no ciclo de vapor e preaquece o condensado de turbina a vapor STC1, que é indicado por STC2 após o trocador de calor para a recuperação de calor.

Desse modo, a condução do condensado impuro UC diretamente para a descarga de resíduo, através da qual a energia térmica é perdida, é evitada. Além disso, é vantajoso transferir a energia térmica do condensado impuro do vapor em excesso para um processo de potência a vapor, des- se modo a temperatura do condensado de vapor no ciclo de vapor é elevada, o que é vantajoso para a economia de energia do processo de potência a vapor.

O condensado impuro UC que deixa o trocador de calor 5 para a recuperação de calor através da saída de condensado 5.2 tem uma temperatura de aproximadamente 30 a 50 °C. O condensado de turbina a vapor STC2 que deixa o trocador de calor para a recuperação de calor tem uma temperatura de aproximadamente 40 a 80 °C.

O condensado impuro da unidade de regeneração de vapor 3 é conduzido, portanto, primeiro para o trocador de calor 4 para o aquecimento urbano onde uma fração da energia térmica no condensado impuro UC é recuperada e transferida para o meio de aquecimento urbano HW. O condensado impuro UC que deixa o trocador de calor para o aquecimento urbano tem uma fração restante de energia térmica que não foi deixada no trocador de calor para o aquecimento urbano. O condensado impuro UC é conduzido, subsequentemente, adiante para o trocador de calor 5 para a recuperação de calor a fim de recuperar tanto da energia térmica restante quanto possível para o condensado de turbina a vapor proveniente do condensador de baixa pressão 8. O trocador de calor 4 para o aquecimento urbano e o trocador de calor 5 para a recuperação de calor são alimentados, consequentemente, em série com o condensado impuro do agitador.

O trocador de calor 4 para o aquecimento urbano e o trocador de calor 5 para a recuperação de calor funcionam em níveis de temperatura diferentes, e esses são adaptados de modo que tanta energia térmica quanto possível possa ser recuperada do condensado impuro UC.

A Figura 1 mostra o processo de potência a vapor 6 que compreende um ciclo de vapor que tem uma turbina a vapor 7, um condensador de baixa pressão 8, um condensador de aquecimento urbano e um preaque- cedor de baixa pressão combinados 9, um tanque de água de suprimento 10 e uma caldeira de vapor 11, juntamente com o trocador de calor 5 para a recuperação de calor. O ciclo de vapor compreende duas etapas de prea- quecimento de baixa pressão em que o condensado de turbina a vapor é preaquecido antes de ser suprido para o tanque de água de suprimento 10. A primeira etapa de preaquecimento de baixa pressão compreende o trocador de calor 5 para a recuperação de calor, enquanto a segunda etapa de preaquecimento de baixa pressão compreende o condensador de aquecimento urbano e o preaquecedor de baixa pressão combinados 9.

A caldeira de vapor 11 produz o vapor de alta pressão que é conduzido para uma primeira entrada de vapor 7.1 na turbina a vapor 7. A turbina a vapor também tem uma segunda entrada de vapor 7.2, uma saída de turbina a vapor 7.3 e um primeiro ponto de retirada de turbina a vapor 7.4. O primeiro ponto de retirada de turbina a vapor 7.4 é um ponto de retirada de turbina a vapor regulado ou não regulado. A saída de turbina a vapor 7.3 é conectada a um condensador de baixa pressão 8 de modo que o vapor de saída ES seja conduzido a partir da saída de turbina a vapor 7.3 para a entrada de vapor 8.2 do condensador de baixa pressão. A turbina a vapor 7 também é conectada através de um ponto de retirada de turbina a vapor 7.5 ao trocador de calor 2.7 no secador a vapor 2 e supre o trocador de calor com o vapor de alta pressão como um meio de aquecimento.

O condensador de baixa pressão 8 compreende um trocador de calor indireto que é conectado à saída de turbina a vapor 7.3 da turbina a vapor, a um sistema de água de esfriamento 13 e à entrada 5.3 do trocador de calor para a recuperação de calor para o primeiro condensado de turbina a vapor STC1. O vapor de saída da saída de turbina a vapor 7.3 é esfriado no condensador de baixa pressão 8 de modo que o mesmo se torna o condensado de turbina a vapor STC1, após o qual o mesmo é conduzido a partir da saída de condensado 8.1 para a entrada 5.3 para o condensado de turbina a vapor do trocador de calor para a recuperação de calor.

O trocador de calor 5 para a recuperação de calor foi descrito acima. A energia térmica no condensado impuro UC do agitador é recuperada e transferida no trocador de calor para a recuperação de calor para o condensado de turbina a vapor STC1 do condensador de baixa pressão 8. A saída 5.4 para o concentrado de turbina a vapor STC2 do trocador de calor para a recuperação de calor é conectada ao condensador de aquecimento urbano e ao preaquecedor de baixa pressão combinados 9.

A Figura 1 mostra que o trocador de calor 5 para a recuperação de calor é conectado à unidade de regeneração de vapor 3 através do trocador de calor 4 para o aquecimento urbano. Alternativamente, o trocador de calor 5 para a recuperação de calor pode ser conectado diretamente à unidade de regeneração de vapor 3 e, desse modo, recebe o condensado impuro UC diretamente da unidade de regeneração de vapor 3.

A Figura 1 também mostra um condensador de aquecimento urbano e um preaquecedor de baixa pressão combinados 9, ou seja, um trocador de calor indireto e direto combinado.

O condensador de aquecimento urbano e o preaquecedor de baixa pressão combinados 9 compreendem uma entrada 9.1 para o meio de aquecimento urbano, uma saída 9.2 para o meio de aquecimento urbano, uma entrada 9.3 para o condensado, uma entrada 9.4 para o vapor e uma saída 9.5 para o condensado.

O condensador de aquecimento urbano e o preaquecedor de baixa pressão combinados 9 são a segunda etapa de preaquecimento de baixa pressão na cadeia de preaquecimento para o condensado de turbina a vapor no ciclo de vapor, ao mesmo tempo em que os mesmos constituem também a primeira etapa de aquecimento para o meio de aquecimento urbano HW.

O primeiro ponto de retirada de turbina a vapor 7.4 da turbina a vapor é conectado ao condensador de aquecimento urbano e ao preaquece- dor de baixa pressão combinados 9, de modo que o vapor retirado do ponto de retirada de turbina a vapor 7.4 seja conduzido para a entrada de vapor 9.4 do condensador de aquecimento urbano e do preaquecedor de baixa pressão combinados. O vapor retirado tem uma pressão de, por exemplo, aproximadamente 70 kPa (0,7 Bar a).

O condensado de turbina a vapor STC2 é conduzido para a entrada de condensado 9.3 e adiante para um compartimento de vapor no condensador de aquecimento urbano e no preaquecedor de baixa pressão combinados 9, onde o condensado de turbina a vapor STC2 é aquecido a- través de permutação de calor direta com o vapor retirado do primeiro ponto de retirada de turbina a vapor 7.4. Um segundo preaquecimento do condensado de turbina a vapor é alcançado, desse modo. O condensado de turbina a vapor é indicado por STC3 após isso e o mesmo tem uma temperatura de aproximadamente 88 °C. O condensado de turbina a vapor aquecido STC3 é conduzido da saída de condensado 9.5 adiante para o tanque de água de suprimento 10 e, subsequentemente, para a caldeira de vapor 11.

A entrada de meio de aquecimento urbano 9.1 é conectada à linha de retorno 12.1 da rede de aquecimento urbano e a saída de meio de aquecimento urbano 9.2 é conectada à entrada 4.3 do trocador de calor para o aquecimento urbano. O meio de aquecimento urbano HW é aquecido através de permutação de calor indireta com o vapor retirado. O meio de aquecimento urbano HW tem uma temperatura de aproximadamente 85 °C após o condensador de aquecimento urbano e o preaquecedor de baixa pressão combinados 9.

Conectando-se os vários componentes do sistema desse modo, a energia térmica que é produzida no processo de potência a vapor é usada eficientemente. Diferenças de temperatura vantajosas, condições de fluxo e quedas na pressão são predominantes em cada trocador de calor a fim de alcançar boa transferência de calor.

De acordo com a Figura 1, o meio de aquecimento urbano HW é conduzido a partir de um sistema de aquecimento urbano 12 através da entrada, da linha de retorno 12.1 da rede de aquecimento urbano, e é aquecido em várias etapas através do condensador de aquecimento urbano e do pre- aquecedor de baixa pressão combinados 9, e através do trocador de calor 4 para o aquecimento urbano, através do qual a energia térmica é transferida e recuperada para o meio de aquecimento urbano HW. É muito vantajoso que a energia térmica do secador a vapor 2, em particular a energia térmica no condensado impuro UC, seja recuperada durante o aquecimento do sistema de aquecimento urbano, visto que isso leva a custos de energia baixos para a produção de combustível no secador a vapor e custos de aquecimento baixos para o meio de aquecimento urbano. Além disso, a perda de ener- gia é reduzida visto que a energia é recuperada do condensado impuro, cuja energia pode ser conduzida, de outro modo, para a saída de resíduo.

A energia térmica do condensado impuro do secador a vapor é recuperada também no ciclo de vapor no processo de potência a vapor. Isso é muito vantajoso visto que leva a uma eficiência de usina superior, enquanto a produção de potência aumenta e as perdas de energia para a usina como um todo são reduzidas.

O processo de potência a vapor 6 é usado para a produção de eletricidade, para a produção de calor para o secador a vapor e para o a-quecimento do meio de aquecimento urbano, enquanto o secador a vapor é usado para a produção de combustível. Conectando-se o processo de potência a vapor ao secador a vapor, o sistema de acordo com a invenção é uma integração de energia eficiente de várias instalações de produção de energia com uma eficiência geral alta e custos de operação reduzidos como uma consequência.

A Figura 2 mostra uma segunda modalidade da presente invenção. O sistema que é mostrado na Figura 2 difere do sistema que é mostrado na Figura 1 pelo fato de que a entrada de condensado 4.1 para o condensado impuro UC no trocador de calor para o aquecimento urbano e a entrada de condensado 5.1 para o condensado impuro no trocador de calor para a recuperação de calor são conectadas em paralelo ao agitador 3. O trocador de calor 4 para o aquecimento urbano e o trocador de calor 5 para a recuperação de calor são alimentados, consequentemente, em paralelo com o condensado impuro da unidade de regeneração de vapor 3. Isso significa que o trocador de calor 5 também para a recuperação de calor recebe o condensado impuro diretamente do agitador 3. O trocador de calor para o aquecimento urbano e o trocador de calor para a recuperação de calor recebem, consequentemente, o condensado impuro com a mesma temperatura. O trocador de calor 4 para o aquecimento urbano e o trocador de calor 5 para a recuperação de calor são adaptados de modo que tanta energia térmica quanto possível possa ser recuperada do condensado impuro.

O método de acordo com a invenção para a recuperação de e nergia térmica de um secador a vapor com uma circulação fechada que produz vapor em excesso compreende o vapor em excesso que é conduzido a partir do secador a vapor 2 para uma unidade de regeneração de vapor 3, por exemplo, um agitador e um reformador a vapor. O vapor em excesso é condensado na mesma para um condensado impuro UC, através do qual o vapor limpo CS também é obtido. O vapor limpo CS é recuperado no processo de potência a vapor 6. É particularmente vantajoso recuperar o vapor limpo CS na turbina a vapor 7. O condensado impuro UC da unidade de re-generação de vapor 3 é conduzido para um trocador de calor 4 para o aquecimento urbano. O trocador de calor para o aquecimento urbano também recebe um meio de aquecimento urbano HW do condensador de aquecimento urbano e do preaquecedor de baixa pressão combinados 9 no processo de potência a vapor 6. Uma parte da energia térmica no condensado impuro UC é recuperada através da transferência para o meio de aquecimento urbano HW no trocador de calor 4 para o aquecimento urbano, através do qual o meio de aquecimento urbano é aquecido.

O condensado impuro UC é conduzido adiante a partir do trocador de calor 4 para o aquecimento urbano para um trocador de calor 5 para a recuperação de calor, através da qual a energia térmica que não foi recuperada no trocador de calor 4 para o aquecimento urbano é recuperada, transferida, para um primeiro condensado de turbina a vapor STC1 no processo de potência a vapor.

O condensado de turbina a vapor STC1 é um condensado de baixa pressão e o mesmo é conduzido a partir de um condensador de baixa pressão 8 no processo de potência a vapor para o trocador de calor 5 para a recuperação de calor em que o condensado de turbina a vapor STC1 é pre- aquecido na primeira etapa de preaquecimento de baixa pressão do ciclo de vapor.

A recuperação da energia térmica no condensado impuro UC da unidade de regeneração de vapor 3 ocorre em série, através da qual uma parte da energia térmica no condensado impuro UC é transferida, primeiramente, para o meio de aquecimento urbano HW no trocador de calor 4 para

o aquecimento urbano. O condensado impuro UC é conduzido, subsequen-temente, a partir da saída de condensado do trocador de calor para o aquecimento urbano para a entrada de condensado 5.1 do trocador de calor para a recuperação de calor. Uma parte da energia térmica restante no condensado impuro UC é transferida no trocador de calor 5 para a recuperação de calor para o condensado de turbina a vapor STC1 que o trocador de calor para a recuperação de calor recebeu do condensador de baixa pressão 8.

O trocador de calor 4 para o aquecimento urbano e o trocador de calor 5 para a recuperação de calor são alimentados, consequentemente, em série com o condensado impuro UC da unidade de regeneração de vapor 3.

Evidentemente, se aspira a recuperação de tanta energia térmica quanto possível no vapor em excesso SS. Uma fração grande da energia térmica que é produzida na caldeira de vapor e suprida ao secador a vapor pode ser recuperada adaptando-se os níveis de temperatura nos trocadores de calor.

Alternativamente, o condensado impuro UC pode ser alimentado em paralelo a partir da unidade de regeneração de vapor 3 ao trocador de calor 4 para o aquecimento urbano e o trocador de calor 5 para a recuperação de calor, conforme é mostrado na Figura 2. Em seguida, a recuperação da energia térmica UC ocorre em paralelo, a energia térmica no condensado impuro UC da unidade de regeneração de vapor 3 é transferida para o meio de aquecimento urbano HW no trocador de calor 4 para o aquecimento urbano e para o condensado de turbina a vapor STC1 proveniente do condensador de baixa pressão 8 no trocador de calor 5 para a recuperação de calor.

O condensado de turbina a vapor STC1 ao qual a energia térmica foi suprida no trocador de calor 5 para a recuperação de calor, depois disso, é indicado por "STC2". O condensado STC2 é conduzido adiante para o condensador de aquecimento urbano e o preaquecedor de baixa pressão combinados 9. Além disso, o meio de aquecimento urbano HW de uma linha de retorno de aquecimento urbano 13.1 é conduzido para o condensador de aquecimento urbano e o preaquecedor de baixa pressão combinados 9. A energia térmica é transferida no condensador de aquecimento urbano e no preaquecedor de baixa pressão combinados 9 a partir do vapor retirado de um ponto de retirada de turbina a vapor 7.4 tanto para o condensado de turbina a vapor STC2 quanto para o meio de aquecimento urbano HW. O condensado STC2 do trocador de calor 5 para a recuperação de calor é prea- quecido, desse modo, ao mesmo tempo em que a energia térmica do vapor retirado é transferida através de transferência de calor indireta para um meio de aquecimento urbano HW.

Recuperando-se a energia térmica de um secador a vapor com uma circulação fechada 2.1 de acordo com o método descrito acima, uma economia de energia muito boa com uma eficiência alta é obtida no sistema. Muito pouca energia térmica é perdida. Recuperando-se a energia térmica em várias etapas, em vários trocadores de calor conectados um após o outro, a energia térmica é recuperada em vários níveis de temperatura. Conectando-se o secador a vapor e a unidade de regeneração de vapor com o trocador de calor para a recuperação de calor, é alcançado que o condensado de turbina a vapor STC1 que circula no ciclo de vapor seja preaquecido em uma primeira etapa de preaquecimento e, consequentemente, a potência gerada pela unidade de turbina a vapor é aumentada enquanto, ao mesmo tempo, o requisito total para a energia da combinação como um todo é reduzido.

A invenção refere-se também a uma combinação de bioenergia para a fabricação de biocombustível, eletricidade e calor. A combinação de bioenergia compreende um secador a vapor com uma circulação fechada do tipo descrito acima e um processo de potência a vapor que compreende um ciclo de vapor do tipo descrito acima.

O secador a vapor com a circulação seca o material derivado de madeira tal como as aparas de madeira e turfa. O material seco é usado durante a fabricação de biopellets ou como combustível na caldeira de vapor do processo de potência a vapor.

O processo de potência a vapor é, por exemplo, uma usina de potência à vapor, uma usina de potência à condensado ou uma usina de potência de aquecimento direto. Um segundo tipo de processo de potência a vapor é uma indústria com produção de energia integrada, do tipo serraria, fundição ou outra indústria pesada. É comum que esses tipos de usina tenham pelo menos uma turbina que gera eletricidade. O processo de potência a vapor produz eletricidade e calor. O calor é suprido tanto para o secador a vapor quanto para o sistema de aquecimento urbano, conforme foi descrito acima.

A combinação de bioenergia de acordo com a invenção também compreende um sistema para a recuperação de energia térmica do secador a vapor do tipo descrito acima.

A combinação de bioenergia alcança a integração de energia eficiente de várias usinas de produção de energia com uma eficiência geral alta e custos de operação reduzidos como uma consequência.

É vantajoso integrar o secador a vapor com o processo de potência a vapor e o sistema para a recuperação de energia térmica do secador a vapor. Grandes ganhos em energia são obtidos e a integração leva a flexibilidade aumentada na produção de tipos diferentes de energia. Isso leva a uma eficiência geral alta para a combinação de bioenergia.

Os recursos distintivos técnicos na forma de partes e acessórios que foram descritos acima podem ser combinados livremente dentro do escopo inovador da invenção desde que o resultado corresponda ao projeto que está descrito nas reivindicações da patente.

Várias modalidades da invenção são especificadas nas reivindicações da patente anexas e na descrição detalhada e desenhos dados abaixo. As modalidades na descrição constituem somente vários exemplos da invenção e as mesmas não devem ser vistas como limitantes: todas as modalidades podem ser combinadas e podem variar. Todos os recursos distintivos técnicos nas modalidades podem ser combinados livremente desde que a funcionalidade descrita seja obtida. É possível variar e modificar as modalidades dentro do escopo de proteção definido pelas reivindicações.

Claims

1. Método para a recuperação de energia térmica de um secador a vapor (2) com uma circulação fechada (2.1) que produz vapor em excesso SS caracterizado pelo fato de que o vapor em excesso SS é condensado para um condensado impuro UC em uma unidade de regeneração de vapor (3) e a energia térmica no condensado impuro UC é recuperada através da transferência para um meio de aquecimento urbano HW em um trocador de calor (4) para aquecimento urbano, e a energia térmica no condensado impuro UC da unidade de regeneração de vapor (3) é recuperada em um processo de potência a vapor (6) através da energia térmica no condensado impuro UC que é transferida para um condensado de turbina a vapor STC1 em um trocador de calor (5) para a recuperação de calor, através da qual o condensado de turbina a vapor STC1 de um condensador de baixa pressão (8) é aquecido.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a recuperação de energia térmica da unidade de regeneração de vapor (3) ocorre em série, através da qual a energia térmica no condensado impuro UC é transferida, primeiramente, para o meio de aquecimento urbano HW em um trocador de calor (4) para o aquecimento urbano e a energia térmica no condensado impuro UC é transferida, subsequentemente, para o condensado de turbina a vapor STC1 em um trocador de calor (5) para a recuperação de calor, em que o trocador de calor (4) para o aquecimento urbano e o trocador de calor (5) para a recuperação de calor são alimentados em série com o condensado impuro da unidade de regeneração de vapor (3).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a recuperação da energia térmica ocorre em paralelo, através da qual a energia térmica no condensado impuro UC da unidade de regeneração de vapor (3) é transferida para o meio de aquecimento urbano HW no trocador de calor (4) para o aquecimento urbano e para o condensado de turbina a vapor STC1 no trocador de calor (5) para a recuperação de calor, em que o trocador de calor (4) para o aquecimento urbano e o trocador de calor (5) para a recuperação de calor são alimentados em paralelo com o condensado impuro UC da unidade de regeneração de vapor (3).

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o condensado de turbina a vapor STC2 é conduzido a partir do trocador de calor (5) para a recuperação de calor para um condensador de aquecimento urbano e o preaquecedor de baixa pressão combinados (9), e o meio de aquecimento urbano HW de uma linha de retorno de aquecimento urbano (13.1) é conduzido para o condensador de aquecimento urbano e o preaquecedor de baixa pressão combinados (9), através dos quais a energia térmica do vapor retirado de um ponto de retirada de turbina a vapor (7.4) é transferida tanto para o condensado de turbina a vapor STC2 quanto para o meio de aquecimento urbano HW no condensador de aquecimento urbano e no preaquecedor de baixa pressão combinados (9).

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o secador a vapor (2) é levado a trabalhar em uma pressão que excede a pressão atmosférica.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o secador a vapor (2) é levado a trabalhar em uma pressão que se encontra abaixo da pressão atmosférica.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o secador a vapor (2) é usado para a secagem de material orgânico.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o secador a vapor (2) é usado para a secagem de pelo menos um dentre material a granel derivado de madeira e material a granel derivado de turfa.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o secador a vapor (2) é usado para a secagem de lama de depuração.

10. Sistema para a recuperação de energia térmica de um seca- dor a vapor (2) com uma circulação fechada (2.1) que produz vapor em excesso SS, em que o sistema compreende uma unidade de regeneração de vapor (3) conectada ao secador a vapor (2) para a condensação de vapor em excesso SS para um condensado impuro UC, caracterizado pelo fato de que um trocador de calor (4) para o aquecimento urbano é conectado à unidade de regeneração de vapor (3) e a um sistema de aquecimento urbano (12), e a energia térmica é transferida a partir do condensado impuro UC para um meio de aquecimento urbano HW no trocador de calor (4) para o aquecimento urbano, e um trocador de calor (5) para a recuperação de calor é conectado à unidade de regeneração de vapor (3) a fim de receber o condensado impuro UC da unidade de regeneração de vapor (3), e o trocador de calor 5 para a recuperação de calor é conectado também a um condensador de baixa pressão (8) em um processo de potência a vapor (6) a fim de receber um condensado de turbina a vapor STC1 do condensador de baixa pressão (8), através do qual a energia térmica do condensado impuro UC é transferida para o condensado de turbina a vapor STC1 no trocador de calor (5) para a recuperação de calor.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor (4) para o aquecimento urbano e o trocador de calor (5) para a recuperação de calor são conectados em série à unidade de regeneração de vapor (3), e o condensado impuro UC da unidade de regeneração de vapor (3) é conduzido, primeiramente, para o trocador de calor (4) para o aquecimento urbano de modo que a energia térmica no condensado impuro UC seja transferida, primeiramente, para o meio de aquecimento urbano HW, e o condensado impuro UC é conduzido, subsequentemente, a partir do trocador de calor (4) para o aquecimento urbano para o trocador de calor (5) para a recuperação de calor de modo que a energia térmica do condensado impuro UC seja transferida para o condensado de turbina a vapor STC1 no trocador de calor (5) para a recuperação de calor.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor (4) para o aquecimento urbano e o trocador de calor (5) para a recuperação de calor são conectados e paralelo à unidade de regeneração de vapor (3), e o condensado impuro UC da unidade de regeneração de vapor (3) é conduzido em paralelo ao trocador de calor (4) para o aquecimento urbano e o trocador de calor (5) para a recuperação de calor de modo que a energia térmica no condensado impuro UC seja transferida para o meio de aquecimento urbano HW no trocador de calor para o aquecimento urbano e para o condensado de turbina a vapor STC1 no trocador de calor (5) para a recuperação de calor.

13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende um ciclo de vapor, em que o ciclo de vapor tem pelo menos uma primeira etapa de preaquecimento de baixa pressão que compreende o trocador de calor (5) para a recuperação de calor e uma segunda etapa de preaquecimento de baixa pressão que compreende o condensador de aquecimento urbano e o preaquecedor de baixa pressão combinados (9) para preaquecimento do condensado de turbina a vapor.

14. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pelo fato de que o condensador de aquecimento urbano e o preaquecedor de baixa pressão combinados (9) são conectados ao trocador de calor (5) para a recuperação de calor, e o condensador de aquecimento urbano e o preaquecedor de baixa pressão combinados (9) compreendem um meio para permutação de calor direta e um meio para permutação de calor indireta, e uma linha de retorno de aquecimento urbano (13.1) e um ponto de retirada de turbina a vapor (7.4) são conectados ao condensador de aquecimento urbano e o preaquecedor de baixa pressão combinados (9), através dos quais a energia térmica do vapor retirado do ponto de retirada de turbina a vapor (7.4) é transferida diretamente através de permutação de calor direta para o condensado de turbina a vapor STC2 e através de permutação de calor indireta para o meio de aquecimento urbano HW.

15. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende um reformador a vapor (3.2) que tem um meio para a recuperação de energia térmica a partir de vapor em excesso SS através da geração de vapor limpo CS, e um meio para suprimento do vapor limpo CS para uma turbina a vapor (7) para o uso da mesma na produção de eletricidade.