BRPI0803581A2 - injeção de cinza sedimentada para melhorar a performance de secador de leito fluidizado para remoção de óxido de enxofre - Google Patents

Abstract

INJEçãO DE CINZA SEDIMENTADA PARA MELHORAR A PERFORMANCE DE SECADOR DE LEITO FLUIDIZADO PARA REMOçãO DE óXIDO DE ENXOFRE Cinza sedimentada contendo álcalis produzida através de uma caldeira de leito fluidizado circulante (CFB) é reciclada a um equipamento secador de leito fluidizado para a remoção de óxido de enxofre (SDA) situado a jusante para utilizar de modo mais completo o reagente não utilizado presente nas cinzas, e/ou para reduzir a quantidade de reagente utili- zado ao mesmo tempo em que não aumenta a geração de NOR.

Description

"INJEÇÃO DE CINZA SEDIMENTADA PARA MELHORAR A PERFORMANCE DE SECADOR DE LEITO FLUIDIZADO PARA REMOÇÃO DE ÓXIDO DE ENXOFRE"

Campo e Fundamentos da Invenção

Campo da Invenção

A presente invenção está relacionada, de modo geral, ao âmbito da circulação em caldeiras de leito fluidizado (CFB) usadas para produzir vapor para processos industriais ou geração de energia elétrica e, mais particularmente, a sistemas compreendendo tais caldei- ras CFB em combinação com secadores de leito fluidizado para remoção de óxido de enxo- fre (SDAs) usados para remover compostos gasosos de caráter ácido dos gases produzidos durante a combustão de combustíveis fósseis em tais caldeiras.

Descrição da Técnica Relacionada

Unidades industriais de geração de energia elétrica e outras indústrias que quei- mam combustíveis fósseis (por exemplo, carvão, óleo, coque de petróleo, e/ou materiais de rejeitos) criam diversos contaminantes que incluem, entre outras cosas, gases de caráter ácido (tal como óxido de enxofre) e outros compostos químicos inoportunos ou indesejáveis no gás resultante da combustão produzido durante a combustão.

Nos anos 70, a tecnologia de combustão em leito fluidizado foi primeiramente apli- cada em unidades de caldeira de utilidades em grande escala para explorar novos modos de queima de combustíveis sólidos, especificam carvão com alto teor de enxofre, de modo eficiente e ambientalmente aceitável. No conceito, os leitos fluidizados queimam combustí- veis em uma massa (ou leito) de partículas suspensas em ar. Através do controle da tempe- ratura do leito e da utilização de reagentes tais como calcário como o material de leito, as emissões de óxidos de nitrogênio (NOx) e dióxido de enxofre (SO2) podem ser mais bem controladas. Benefícios adicionais da combustão em leito fluidizado incluem da combustão em leito fluidizado incluem uma ampla flexibilidade de combustível e a capacidade para queimar combustíveis tais como biomassa ou combustíveis esgotados, os quais são difíceis para queimar em sistemas convencionais devido ao seu baixo valor de aquecimento, baixo teor de matéria volátil, alto teor de umidade ou outras características a serem enfrentadas. Essa tecnologia é agora usada em uma ampla variedade de aplicações caldeiras industriais e de utilidades. Para uma melhor compreensão dos diversos tipos de caldeiras de leitos flui- dizados é sugerido ao leitor consultar STEAM its qeneration and use. 41a Ed. Kitto and Stultz, eds., Copyright © 2005, The Babcock & Wilcox Company, particularmente o Capítulo 17, o texto do qual é aqui incorporado por referência como se totalmente aqui apresentado.

Um tipo de caldeira de leito fluidizado é conhecido como uma caldeira de leito fluidi- zado circulante, ou CFB. Caldeiras CFB são amplamente utilizadas para a combustão de combustíveis contendo enxofre uma vez que tipicamente a faixa de temperatura do gás na fornalha da CFB permite o uso eficaz de pedra calcaria e outros absorventes contendo álcali injetados dentro da fornalha para a captura do enxofre dentro da fornalha. O álcali mais co- mumente usado é o óxido de cálcio, CaO1 (a.k.a. cal) que reage com o dióxido de enxofre no gás resultante da combustão produzindo o sulfato de cálcio:

CaO + SO2 + 1/2 O2 -> CaSO4

Caldeiras CFB permitem tipicamente conseguir uma porcentagem de captura de enxofre na faixa de baixa a média 90% sem o uso de equipamento adicional de controle de emissão. Alguns combustíveis, por exemplo, xisto, podem ainda conter uma quantidade su- ficiente de álcali que irá permitir, quando queimado nas típicas temperaturas de fornalha CFB, uma porcentagem similar de captura de enxofre sem injeção de sorvente.

Apesar das caldeiras CFB serem bastante eficientes na redução da que de dióxido de enxofre presente nos gases de combustão, existem situações onde reduções ainda maio- res de óxido de enxofre, particularmente de dióxido de enxofre, são exigidas. Quando a por- centagem requerida de captura de enxofre atinge o topo da faixa de 90%, conseguindo isto somente na fornalha CFB o reator se torna ou impossível ou antieconômico. Nesses casos, equipamento de pós-combustão é freqüentemente exigido.

Um dos métodos mais comuns para reduzir óxidos de enxofre em gases de com- bustão é através de um processo de absorção química por secagem em leito fluidizado, também conhecido como depuração a seco, onde uma solução ou polpa aquosa alcalina é finamente atomizada (por meio de, por exemplo, atomizadores mecânicos, de duplo fluido, ou giratórios), e aspergida dentro de gás resultante da combustão aquecidos para remover os contaminantes. Para um melhor entendimento dos processos de absorção química por depuração a seco, é sugerido ao leitor consultar STEAM its generation and use, 41a Ed. Kit- to and Stultz, eds., Copyright © 2005, The Babcock & Wilcox Company, particularmente o Capítulo 35, páginas 35-12 a 35-18, o texto do qual é aqui incorporado por referência como se totalmente aqui apresentado.

A absorção em leito fluidizado (SDA) reflete os mecanismos primários de reação envolvidos no processo: secagem da polpa fluida alcalina de reagente atomizada na forma de finas gotículas na corrente de gás resultante da combustão aquecida e a absorção do SO2 e outros gases a partir da corrente gasosa. O processo também é chamado de depura- ção semi-seca para diferençar da injeção de um reagente sólido seco dentro do gás resul- tante da combustão.

Em um típico arranjo de instalação de caldeira, a SDA está posicionada antes do coletor de finos. Os gases de combustão que deixam a última trapa térmica (tipicamente, aquecedor de ar) numa temperatura de 121°C a 177°C (250°F a 350°F) adentram à câma- ra de aspersão onde a polpa fluida de reagente é aspergida dentro da corrente gasosa, res- friando o gás para 66°C a 77°C (150°F a 170°F). Um precipitador eletrostático (ESP) ou filtro têxtil (sacos filtrantes) pode ser usada para coletar o reagente, cinzas em suspensão e produtos de reação. Os sacos filtrantes são a escolha dominante para as instalações de SDA nos EUA (mais de 90%) e proporcionam menor consumo de reagente para conseguir reduções similares nas emissões de SO2 no sistema como um todo.

A absorção de SO2 ocorre primeiramente enquanto a água está evaporando e o gás resultante da combustão é resfriado adiabaticamente pela aspersão. A estequiometria do reagente e a temperatura de abordagem são as duas variáveis primárias que controlam a eficiência do depurador na remoção do SO2. A estequiometria é a relação molar do reagente consumido para um ou outro de SO2 admitido ou a quantidade de SO2 removida no proces- so. Dependendo do reagente disponível e do teor de gás de caráter ácido nos gases de combustão, a estequiometria pode variar amplamente; por exemplo, de cerca de 1 até mais que 10. A diferença entre a temperatura do gás de combustível que deixa o depurador a seco e a temperatura de saturação adiabática é conhecida como a temperatura de aborda- gem. As temperaturas de saturação do gás resultante da combustão estão tipicamente na faixa de 46°C a 52°C (115 0F a 125 °F) para carvões betuminosos de baixa umidade e de 52°C a 57°C (125 0F a 135 0F) para carvões ou Iignitos sub-betuminosos de alta umidade. As condições ótimas para a absorção de SO2 precisam ser equilibradas com as considera- ções práticas de secagem.

O reagente predominante usado em depuradores a seco é a polpa fluida de cal produzida por apagamento de pedra calcária de alto teor de cal. O processo de apagamento pode usar um moinho de bolas um dispositivo de apagamento simples por impedimento. Os sistemas SDA que utilizam apenas polpa fluida de cal como o reagente são conhecidos co- mo sistemas de passo simples. Parte da cal permanece não reagida em seguida a uma passagem inicial através da câmara de aspersão e é potencialmente disponível para coleta adicional de SO2. Os sólidos coletados no ESP ou no saco filtrante podem ser misturados com água e reinjetados na câmara de aspersão de SDA juntamente com o reagente do SDA.

Se o teor de enxofre no combustível é baixo e/ou o combustível contém álcalis sufi- cientes, como é conhecido ser o caso para certos tipos de carvão e xisto betuminoso, as partículas de cinzas propriamente podem servir como uma fonte de reagente no SDA. Tipi- camente, o álcali no combustível que pode produzir suficiente captura de enxofre é o carbo- nato de cálcio (CaCO3).

Um outro exemplo de partículas de cinzas que são capazes de servirem como uma fonte de reagente no SDA para a captura de SO2 é a cinza proveniente da caldeira do leito fluidizado circulante (CFB). Esse tipo de caldeira utiliza tipicamente rocha calcaria, que tem como seu componente predominante carbonato de cálcio, alimentado à fornalha para a cap- tura dentro da fornalha do SO2 gerado nos processos de combustão.

Pode ocorrer que parte do combustível ou da rocha calcária, carbonato de cálcio na fornalha experimente calcinação, isto é, libere dióxido de carbono gasoso e produza um oxi- do de cálcio sólido, CaO, também conhecido como cal:

CaCO3 -> CaO + CO2

O CaO reage com SO2 nos gases da fornalha produzindo desse modo sulfato de cálcio:

CaO + SO2 +1/2 O2 -> CaSO4

O sulfato de cálcio gerado na reação recobre a superfície da partícula com uma ca- pa impenetrável para o SO2 interrompendo desse modo a reação e tornando qualquer CaO em seu núcleo não utilizável.

Esse álcali não utilizável está contido nas correntes de cinzas descarregadas a par- tir da caldeira ou reator CFB. Existem tipicamente duas correntes principais de cinzas des- carregadas a partir da caldeira CFB: cinzas em suspensão, isto é partículas finas carreadas com o gás resultante da combustão que deixa a caldeira de CFB, e cinzas sedimentadas, isto é as partículas mais grosseiras descarregadas ao fundo da fornalha.

A fim de reagir com SO2 no SDA1 as partículas de cinzas contendo álcalis precisam ser reativadas. Isto pode ser feito mediante molhar com borrifo de água. Em um tal caso, em lugar de aspergir a polpa fluida de cal, água será aspergida dentro do gás resultante da combustão no SDA. O umedecimento das partículas facilita as reações iônicas do álcali não utilizável com o dióxido de enxofre remanescente no gás resultante da combustão contribu- indo desse modo para a captura do enxofre. Se a polpa fluida de álcali é injetada, ela irá contribuir para a captura do enxofre adicionalmente ao que possa ser conseguido pelo ume- decimento das partículas de cinzas em suspensão. Isto, todavia, irá incorrer em custos as- sociados com a preparação e a injeção da polpa fluida de álcali. O uso do umedecimento da cinza em suspensão para a captura do enxofre é descrito em R.A. Curran e colaboradores, "Cold-Side Desulfurization by Humidification of Fly Ash in CFB Boilers", Proceedings of the 13th International conference on Fluidized Bed Combustion, 1995.

Um típico processo de SDA é como a seguir. O gás resultante da combustão aden- tra a um secador de leito fluidizado para a remoção de óxido de enxofre onde a corrente de gás é resfriada através da polpa fluida de reagente ou aspersão de água. A mistura então passa por sobre o saco filtrante para a remoção do particulado antes de adentrar ao ventila- dor de tiragem induzida e passar para as chaminés. Se a polpa fluida de cal é usada como um reagente, pedras de cal (CaO) são misturadas com água numa velocidade controlada para manter uma alta temperatura de apagamento que ajuda a gerar finas partículas de cal hidratada (Ca(OH)2) com alta área superficial na polpa fluida de cal hidratada (18 a 25% de sólidos). Uma parcela da cinza em suspensão, cal não reagida e produtos de reação coleta- dos no saco filtrante pode ser misturada com água e retornada ao SDA como uma polpa fluida de alto teor de sólidos (35 a 45% tipicamente). Os sólidos restantes são direcionados para um silo de armazenamento para a utilização como subproduto ou descarte. A cal fresca e as polpas fluidas de reciclo (se houver) são combinadas logo antes do atomizador(s) para permitir rápida resposta às alterações no fluxo de gás, concentrações de entrada de SO2, e emissões de SO2 bem como para minimizar o potencial para a formação de incrustações.

A absorção do SO2 em um SDA ocorre nas gotículas individuais da polpa fluida ou partículas da cinza umedecida. A maior parte das reações ocorrem na fase aquosa; o SO2 e os constituintes alcalinos se dissolvem dentro da fase aquosa onde as reações iônicas pro- duzem produtos relativamente insolúveis. O caminho de reação pode ser descrito como a seguir:

SO2 (g) o SO2 (aq)(a)

Ca(OH)2 (s) Ca2+ + 20H"(b)

SO2 (aq) + H2O o HSO3" + H+(c)

SO2 (aq) + H2O o HS03"(d)

OH- + H+o H20(e)

HSO3" + OH" o SO3"2 + H20(f)

Ca2+ + SO3"2 + 1/2 H2O CaSO3 · 1/2 H2O (s)(g)

As reações acima descrevem de modo geral a atividade que ocorre à medida que o calor se transfere do gás resultante da combustão para as gotículas de polpa fluida ou partí- culas de cinzas umedecidas e provoca a evaporação das gotículas de polpa fluida ou da água da superfície das partículas de cinzas umedecidas. A rápida absorção de SO2 ocorre quando água líquida está presente. A velocidade de secagem pode ser freada para prolon- gar esse período de eficiente remoção de SO2 mediante adição de sais deliqüescentes à polpa fluida de reagente adicionada. Sais tais como cloreto de cálcio também aumentam o teor da umidade de equilíbrio do produto final. Todavia, uma vez que o uso desses aditivos altera a performance de secagem do sistema, as condições operacionais precisam ser ajus- tadas (geralmente aumentando a temperatura de abordagem) para proporcionar operaciona- lidade de longo prazo do SDA e do sistema de manejo de cinzas. A injeção de amônia à montante de um depurador a seco também aumenta a performance de remoção de SO2. A absorção de SO2 continua numa velocidade mais lenta por meio da reação com sólidos no coletor de particulado situado à jusante no processo.

Uma combinação de SDA/saco filtrante também proporciona controle eficiente de emissões de HCI, HF e SO3 através das reações resumidas de:

Ca(OH)2 + 2HCI CaCI2 + 2H20(1)

Ca(OH)2 + 2HF o CaF2 + 2H20(2)

Ca(OH)2 + SO3 o CaSO4 + H20(3)

A apropriada contagem do consumo de reagente precisa incluir essas reações pa- ralelas, adicionalmente ao SO2 removido no processo. Os secadores de leito fluidizado para a remoção de óxido de enxofre (SDAs) podem ser uma estrutura em separado, ou eles podem ser como uma parte integrada da exaustão que precede um ou mais dispositivos de coleta de partícula, tal como um ou mais sacos fil- trantes ou precipitadores eletrostáticos.

O umedecimento de partículas de cinzas em suspensão contendo álcali no SDA permite também (após a fornalha de CFB) a redução do SO2 no gás resultante da combus- tão e/ou reduzido consumo do reagente, por exemplo, alimentação de rocha calcaria à for- nalha e/ou alimentação de polpa fluida de cal ao SDA. Isto, todavia, não melhora a utilização do álcali contido nas cinzas sedimentadas. O último é assunto no Pedido de Patente US No. US2005/0287085 que orienta reciclar parte ou a totalidade das cinzas sedimentadas para a fornalha de CFB. Embora aperfeiçoando a utilização de álcali na cinza sedimentada, todavi- a, esse método irá provocar um aumento na geração de NOx na fornalha uma vez que CaO1 um componente alcalino predominante nas cinzas do CFB, catalisa a oxidação do nitrogênio liberado com os voláteis do combustível na fornalha.

Desse modo, existe uma necessidade na arte quanto a um dispositivo e/ou método para reduzir as emissões de SO2 e/ou a quantidade de reagente necessária para sua redu- ção que ao mesmo tempo não provoque um aumento na geração de NOx.

Sumário da Invenção

Uma quantidade substancial de álcali não utilizado deixa a caldeira de CFB com as cinzas sedimentadas. Isso resulta em reduzido potencial de captura de enxofre do álcali dis- ponível e/ou custos adicionais para o sorvente contendo álcali. Como será explanado em mais detalhes adiante, a presente invenção recicla as cinzas contendo álcali proveniente do reator para um ou mais SDAs para utilizar de modo mais completo o reagente não utilizado presente nas cinzas, e/ou reduzir a quantidade de reagente usado no SDA ao mesmo tempo em que não aumenta a geração de NOx.

Mediante injetar as cinzas sedimentadas no SDA em combinação com a aspersão de um agente umedecedor, por exemplo, polpa fluida de cal ou água, a presente invenção procura aumentar a captura de ex através da aumentada utilização dessa fonte de sorvente contendo álcali. Desse modo, as partículas de cinzas sedimentadas são também reativadas e o álcali contido nas partículas se torna disponível para a captura do enxofre. Uma posição preferida para injetar as cinzas sedimentadas é à montante da posição onde o agente ume- decedor é introduzido dentro da corrente de gás. Isso reduz o potencial para o crescimento de depósitos no SDA e aumenta a mistura do agente umedecedor e as cinzas sedimenta- das. Todavia, se requerido devido às restrições dos arranjos de equipamentos, as cinzas sedimentadas podem ser também injetadas ao mesmo tempo com ou à jusante da aspersão do agente umedecedor.

Se alguma parcela das cinzas sedimentadas, por exemplo, as frações de tamanhos mais grosseiros, é conhecido ter pouco ou nenhum álcali disponível para a captura do enxo- fre, essa parcela pode não ser injetada. Para melhorar ainda mais a eficiência das cinzas sedimentadas na utilização de álcali, as cinzas podem ser trituradas antes da injeção. A tri- turação aumenta a área de superfície de reação das cinzas sedimentadas ao mesmo tempo em que quebra mecanicamente a capa de sulfato ao redor das partículas. Ambas as medi- ções aumentam a velocidade de reação entre o álcali e o dióxido de enxofre no gás melho- rando desse modo a captura de enxofre no SDA. A fim de reduzir o consumo de energia para a tríturação das cinzas sedimentadas, apenas parte dela, por exemplo, as frações mais grosseiras, podem ser trituradas.

A aplicação primária da presente invenção é vislumbrada ser para instalações onde as caldeiras de CFB que produzem cinzas sedimentadas estão providas com dispositivos SDA à jusante. Todavia, a presente invenção pode ser também usada onde o combustor é outro que um CFB, ou ainda um leito fluidizado, contanto que exista uma fonte de cinzas sedimentadas que contenha álcali e que possa ser usada para a captura de enxofre no SDA situado à jusante do combustor. Deverá ser notado que a captura de enxofre ocorre por meio da redução não apenas do SO2 mas outros compostos de enxofre tais como SO3 e H2SO4. O álcali no SDA também captura compostos ao sulfurosos perigosos tais como clo- reto de hidrogênio (HCI). Portanto, a injeção de cinzas sedimentadas no SDA aumenta o controle de múltiplos poluentes.

A utilização de cinzas sedimentadas de acordo com a presente invenção pode ter benefícios adicionais. Por exemplo, através da redução da quantidade de álcali não utilizado nas cinzas do combustor, existe reduzido potencial quanto a lixiviação para essas cinzas se dispostas num aterro. Ela pode também simplificar o sistema de descarte de cinzas da uni- dade industrial mediante combinar as duas maiores correntes de efluentes de cinzas numa só, isto é, as cinzas em suspensão, eliminando desse modo a necessidade quanto ao arma- zenamento das cinzas sedimentadas e equipamento de descarte.

De acordo com um aspecto a presente invenção está direcionada a um sistema pa- ra reduzir a concentração de um composto ácido em um gás. O sistema compreende um reator que produz pelo menos gás contendo pelo menos um composto de caráter ácido, e cinzas sedimentadas contendo álcali, as cinzas sedimentadas sendo descartadas separa- damente do gás.

Um secador de leito fluidizado para a remoção de óxido de enxofre é provido para receber o gás. Meios são providos para introduzir as cinzas sedimentadas dentro do gás à jusante do reator tal que o álcali esteja disponível no secador de leito fluidizado para a re- moção de óxido de enxofre para reagir com o pelo menos um composto de caráter ácido, juntamente com meios para introduzir um agente umedecedor dentro do secador de leito fluidizado para a remoção de óxido de enxofre para facilitar a reação do álcali com o pelo menos um composto de caráter ácido para reduzir sua concentração no gás.

A presente invenção proporciona desse modo um arranjo aprimorado do equipa- mento e um método de operar secadores de leito fluidizado para a remoção de óxido de enxofre que são usados para remover compostos de caráter ácido dos gases de exaustão da combustão produzidos por uma caldeira de leito fluidizado (CFB). O agente umedecedor pode compreender pelo menos um de água e polpa fluida contendo álcali. As cinzas sedi- mentadas podem ser introduzidas dentro do gás à montante de e/ou dentro do gás no seca- dor de leito fluidizado para a remoção de óxido de enxofre. Diversos compostos gasosos de caráter ácido que podem ser removidos pelo sistema da presente invenção incluem dióxido de enxofre, trióxido de enxofre, ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido fluorídrico ou misturas desses mencionados. A fonte das cinzas sedimentadas pode ser aquela que é descarrega- da do reator, ou proveniente de pelo menos um dos estágios de um sistema de coleta de sólidos em múltiplos estágios provido para o reator.

Diversos aspectos de novidade que caracterizam a invenção são indicados com particularidade nas reivindicações anexas e que fazem parte dessa revelação. Para um me- lhor entendimento da invenção, suas vantagens operacionais e os benefícios específicos conseguido através de sua utilização, é feita referência aos desenhos que acompanham e matéria descritiva na qual as modalidades preferidas da invenção são ilustradas.

Breve Descrição dos Desenhos

A única Figura pe uma ilustração esquemática de uma modalidade preferida da in- venção como aplicado a uma instalação que possui uma caldeira de leito fluidizado circulan- te.

Descrição da Modalidade Preferida

A presente invenção está relacionada de modo geral a uma caldeira de leito fluidi- zado circulante (CFB) ou instalação que produza um gás de caráter ácido e que utilize um secador de leito fluidizado para a remoção de óxido de enxofre (SDA) à jusante para reduzir a concentração de pelo menos um composto de caráter ácido no gás. Embora a presente invenção esteja direcionada particularmente a caldeiras ou geradores de vapor que empre- guem caldeiras ou reatores CFB como os meios através dos quais o calor é produzido, é entendido que a presente invenção pode ser facilmente empregada em um diferente tipo de reator CFB. Por exemplo, a invenção pode ser aplicada em um reator que é empregado pa- ra reações químicas outras que um processo de combustão, ou onde uma mistura gás/sólidos proveniente de um processo de combustão que ocorra em uma outra parte seja provida ao reator para processamento posterior, ou onde o reator simplesmente proporcione uma área delimitada na qual as partículas ou sólidos são arrastadas em um gás que não é necessariamente um subproduto de um processo de combustão.

Processos típicos de combustão produzem gases de combustão os quais contêm pelo menos um composto de caráter ácido, e outros poluentes tais como NOx, SOx e particu- lados de cinzas. Para os propósitos da presente revelação, cinzas em suspensão serão u- sadas para referir a cinza que é arrastada e transportada pelo gás de exaustão da combus- tão para o interior do SDA, e as cinzas sedimentadas serão usadas para se referir a cinza que tenha sido removida do gás de exaustão da combustão em alguma outra parte no sis- tema à montante do SDA.

Referindo à única Figura, a caldeira CFB 5 tem uma fornalha ou reator 10 definido tipicamente pelas paredes de confinamento do fluido resfriado possuindo uma construção de parede tubular com membranas. O reator 10 possui uma parte inferior 12, uma parte superi- or 14, e uma abertura de saída da fornalha 16. Combustível carbonáceo, tal como carvão mineral, e sorvente, tal como rocha calcária, indicados esquematicamente em 18, são provi- dos para a parte inferior 12 em um modo controlado e medido por meio de quaisquer meios convencionais conhecidos por aqueles usualmente versados na técnica. Primeiramente ar A para a fluidização é provido à parte inferior 12 como o necessário, e portas de suprimento de ar para manutenção de queima 20 fornecem o equilíbrio do ar necessário para a combustão.

Uma mistura do gás de exaustão da combustão/sólidos 22 produzida pelo processo de combustão na CFB e que contém pelo menos um composto de caráter ácido flui de modo ascendente através do reator 10 proveniente da parte inferior 12 para a parte superior 14, transferindo um parcela do calor ali contido para as paredes de confinamento do fluido res- friado para gerar vapor. Um primeiro estágio de coleta de partículas 24 é provido na abertura de saída da fornalha 16, e pode compreender de modo vantajoso um arranjo de separado- res de partículas do tipo impacto de feixe-U. Os feixes-U coletam algumas das partículas arrastadas na mistura do gás de exaustão da combustão/sólidos 22 e as induzem a cair li- vremente para a parte de fundo 12 do reator 10.

A mistura gás de exaustão da combustão/sólidos 22, a partir da qual algumas partí- culas foram removidas pela coleta de partícula no primeiro estágio 24, passa através da su- perfície de transferência de calor 26, tal como um superaquecedor e/ou superfície de rea- quecimento, e continua através da caldeira CFB 5 e passa através de um segundo estágio de coleta de partícula, dessa vez na forma de um coletor de finos multiciclone ou MDC 30. A mistura gás de exaustão da combustão/sólidos 22 continua através da caldeira CFB 5, atra- vés de dispositivos adicionais de transferência de calor tal como um economizador e/ou a- quecedor de ar 40 que também extrai calor da mistura gás de exaustão da combus- tão/sólidos 22, e a partir disto para um ou mais secadores de leito fluidizado para a remoção de óxido de enxofre ou SDAs 50 para a remoção de compostos de caráter ácido da mistura gás de exaustão da combustão/sólidos 22. Um agente umedecedor, tal como água e/ou pol- pa fluida contendo álcali 55, é injetada dentro do SDA 50 para facilitar a reação do álcali no interior do SDA com o pelo menos um composto de caráter ácido no gás de exaustão da combustão 22 para reduzir a concentração do composto de caráter ácido no gás 22. O gás de exaustão da combustão 22 é em seguida conduzido a um dispositivo final de coleta de partícula 60 na forma de um saco filtrante (filtro de tecido) ou precipitador eletrostático (ESP). O gás de exaustão da combustão substancialmente limpo 65 pode então ser descar- regado para a atmosfera por meio de uma chaminé (não mostrada).

Como será notado por aqueles usualmente versados na técnica, o sistema da Figu- ra pode incluir diversos outros itens e/ou sistemas, tal como um sistema seletivo de redução catalítica 67, etc. Também, o pelo menos um composto de caráter ácido que possa estar presente no gás 22 pode compreender um ou mais de dióxido de enxofre, trióxido de enxo- fre, ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido fluorídrico ou misturas desses mencionados.

Referindo novamente à Figura, o dreno de leito D remove as cinzas sedimentadas e outros detritos da parte inferior 12 como requerido. Como indicado acima, as cinzas sedi- mentadas 90 provenientes de uma caldeira CFB 5 podem conter uma quantidade substanci- al de álcali não utilizado. Tipicamente as cinzas sedimentadas 90 são descartadas ou envia- das para tratamento de descarte. Todavia, de acordo com a presente invenção, essa cinza contendo álcali 90 proveniente do reator é reciclada para um ou mais SDAs 50 para utilizar de modo mais completo o reagente não utilizado presente na cinza sedimentada 90, e/ou para reduzir a quantidade de reagente usado no SDA 50 e/ou caldeira 5.

A cinza sedimentada 90 pode ser introduzida de volta ao gás de exaustão da com- bustão 22 numa posição à jusante do reator 10 através da linha 140 tal que o álcali na cinza sedimentada 90 esteja disponível no SDA 50 para reagir com o pelo menos um composto gasoso de caráter ácido no gás. Uma posição para essa introdução da cinza sedimentada 90 pode ser à montante do SDA 50. Uma outra posição, em lugar de ou adicionalmente à essa posição à montante, pode ser dentro do SDA 50, indicado esquematicamente em 145.

Se algumas frações de tamanho da cinza sedimentada 90, por exemplo, frações de tamanho mais grosseiro, são conhecidas conterem pouco ou nenhum álcali disponível para a captura do enxofre, essa parte das cinzas pode ser rejeitada por peneiramento. Para me- lhorar ainda mais a eficiência da cinza sedimentada 90 na utilização de álcali, a cinza sedi- mentada 90 pode ser triturada, antes da injeção. O dispositivo 70 pode ser desse modo uma tela, triturador ou combinação desses mencionados. A trituração aumenta a área da superfí- cie de reação da cinza sedimentada 90 ao mesmo tempo em que mecanicamente quebra a capa sulfato ao redor das partículas. Ambas as medições aumentam a velocidade de reação entre o álcali e o dióxido de enxofre ou outro composto de caráter ácido no gás 22 aprimo- rando desse modo a captura de enxofre no SDA 50. A fim de reduzir o consumo de energia para triturar a cinza sedimentada 90. apenas parte dela, por exemplo, as frações mais gros- seiras, podem ser moídas. Se a trituração da cinza sedimentada 90 é realizada, a cinza se- dimentada moída é conduzida ao longo do caminho indicado pela linha pontilhada 150, en- quanto que a cinza inadequada é descartada em 155.

A Figura também ilustra outros aspectos da presente invenção os quais envolvem a utilização da cinza quanto ao seu teor de álcalis que pode ser coletada pelo já mencionado sistema de coleta de sólidos em multiestágio; isto é, partículas de cinza que foram coletadas e removidas do gás de exaustão da combustão/partículas sólidas pelos feixes-U 24 e MDC 30, bem como aquela coletada pelos coletores posicionados abaixo do aquecedor de ar 40. Em particular, a cinza 100 coletada pelo MDC que é tipicamente retornada para a parte infe- rior 12 do reator 10 por meio da linha 80 pode alternativamente ser reintroduzida no gás de exaustão da combustão 22 através da linha 160. De modo similar, a cinza 110 coletada num coletor 105 situado abaixo do aquecedor de ar 40 que é tipicamente descartada pode alter- nativamente ser reintroduzida no gás de exaustão da combustão 22 por meio da linha 170. Como é o caso da cinza sedimentada 90, as cinzas 100 e 110 podem ser reintroduzidas ou à montante do SDA 50 ou no interior do SDA 50.

Em quaisquer dessas modalidades, é preferido que a cinza sedimentada não esteja umedecida a fim de prevenir seu fortalecimento ou aglomeração que poderá potencialmente impedir o transporte da cinza sedimentada para seu destino pretendido. Desse modo, meios de transporte pneumáticos ou mecânicos são os preferidos e os detalhes do projeto de tais sistema são conhecidos por aqueles usualmente versados na técnica.

Embora a invenção tenha sido descrita em detalhes com referência em particular a certas modalidades aqui detalhadas, outras modalidades podem conseguir os mesmos re- sultados. Por exemplo, a presente invenção pode ser aplicada em novas construções envol- vendo SDAs, ou para reparar, substituir, e modificação ou reforma de SDAs existentes. Di- versas modificações da presente invenção serão evidentes por aqueles usualmente versa- dos na técnica e a presente invenção é pretendida cobrir nas reivindicações anexas todas as tais modificações e equivalentes abrangidos pelo escopo das reivindicações apresenta- das adiante.

Claims (10)

1. Sistema para reduzir a concentração de gás de caráter ácido em um gás e/ou re- duzir o consumo de sorvente de gás de caráter ácido ao mesmo tempo em que não aumen- ta a geração de NOx, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um reator que produz pelo menos um gás contendo pelo menos um composto de caráter ácido, e cinza sedimentada contendo álcali, a cinza sedimentada sendo descarrega- da separadamente do gás; um secador de leito fluidizado para a remoção de óxido de enxofre para receber o gás; meios para introduzir a cinza sedimentada no gás à jusante do reator tal que o álcali esteja disponível no secador de leito fluidizado para a remoção de óxido de enxofre para reagir com o pelo menos um composto de caráter ácido; e meios para introduzir um agente umedecedor no secador de leito fluidizado para a remoção de óxido de enxofre para facilitar a reação do álcali com o pelo menos um compos- to de caráter ácido para reduzir sua concentração no gás.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o gás compreende gás de exaustão da combustão proveniente de um processo de combus- tão.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo de combustão é conduzido num secador de leito fluidizado para a remoção de óxi- do de enxofre.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo de combustão é conduzido em uma caldeira de leito fluidizado circulante.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o agente umedecedor compreende pelo menos um de água e polpa fluida contendo álcalis.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a cinza sedimentada é introduzida no gás à montante do secador de leito fluidizado para a remoção de óxido de enxofre.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a cinza sedimentada é introduzida no gás dentro do secador de leito fluidizado para a remo- ção de óxido de enxofre.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o pelo menos um composto de caráter ácido compreende pelo menos um de dióxido de enxo- fre, trióxido de enxofre, ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido fluorídrico, ou misturas desses mencionados.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a cinza sedimentada é descarregada a partir de uma parte inferior do reator.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o reator é provido com múltiplos estágios de coleta de sólidos e a cinza sedimentada é des- carregada a partir de pelo menos um dos estágios.