PT1164331E - Recirculação de gases de combustão de um incinerador de resíduos - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "Recirculação de gases de combustão de vim incinerador de resíduos" 0 invento em questão refere-se a um processo para queima de resíduos num incinerador de resíduos de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1, bem como a um incinerador de resíduos de alta eficiência.

Os incineradores de resíduos, e a forma como estes funcionam, são conhecidos na prática. Em geral, o material residual a ser incinerado é colocado sobre um suporte com orifícios, geralmente conhecido como a grelha do incinerador, onde o ar para combustão como gás primário é trazido de baixo para cima através da grelha do incinerador e do material residual. Este ar de combustão fornece o oxigénio necessário requerido para a incineração. Este ar é frequentemente pré-aquecido de modo melhorar a queima de resíduos, uma vez que o ar quente de combustão tem um efeito de aquecimento no material a ser incinerado, e também ajuda a secar parcialmente o material residual de modo que este seja mais fácil de inflamar. Contudo, devido ao teor não homogéneo do material residual, de facto podem surgir localmente, no leito de resíduos, um excesso de oxigénio ou uma escassez de oxigénio dependendo da posição no leito de resíduos e da quantidade de incineração que ocorre. Os gases resultantes da incineração (identificados como gases residuais ou gases de combustão) têm deste modo uma composição irregular.

De modo a queimar ainda mais estes gases residuais, que podem conter monóxido de carbono e partículas de outros resíduos incombustíveis em certos locais, e misturar estes com as partes do gás que ainda contêm oxigénio, utiliza-se a assim chamada injecção secundária. Esta injecção de gás secundário ocorre a uma altura particular acima do leito de resíduos, onde os gases residuais se misturam uns com os outros suficientemente para formar um todo homogéneo. 0 gás secundário consiste geralmente de ar, que contém oxigénio que pode ser utilizado pela reacção de incineração. Isto significa que existe sempre um excesso de oxigénio disponível a partir do ponto de alimentação do gás secundário. 2

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No caso de incineradores em grande escala, nem sempre é possível conseguir uma mistura suficiente dos gases residuais não homogéneos pela adição do gás secundário. Neste caso, a adição de um terceiro gás ocorre a uma altura acima da entrada de gás secundário. Para a adição do terceiro gás, prefere-se utilizar gás residual (i.e. gás de combustão) a partir do incinerador de resíduos (recirculação de gás residual) . Isto evita o facto de o terceiro gás necessitar de ser pré-aquecido, como poderia ser o caso se se pretendesse utilizar ar frio proveniente do exterior.

Embora a técnica aqui descrita esteja em geral adoptada, existem vários inconvenientes. A eficiência dos incineradores de resíduos é relativamente baixa e, para além disso, os gases residuais criados contêm uma grande proporção de substâncias indesejadas, tais como uma grande quantidade de óxidos nitrosos, e monóxido de carbono. Na publicação DE-A-3915992, são propostas várias melhorias, especialmente para redução das quantidades de óxidos nitrosos. 0 invento pretende proporcionar uma técnica melhorada, conforme mencionado no início do texto, onde estes inconvenientes possam ser reduzidos. Em particular, o invento pretende proporcionar uma técnica onde a eficiência da instalação possa ser melhorada e onde a emissão de substâncias perigosas possa ser reduzida.

Para o efeito, o invento proporciona um processo conforme descrito no preâmbulo, que é caracterizado pelas particularidades da parte caracterizante da reivindicação 1. Utilizando estas medidas, é proporcionada uma técnica que resulta numa eficiência melhorada e onde a quantidade de substâncias perigosas é minimizada.

Um processo de acordo com o invento pode especialmente ser vantajosamente realizado utilizando as medidas conforme descrito nas reivindicações apresentadas mais à frente neste documento.

De acordo com o invento, utiliza-se um gás primário na primeira zona que tem um baixo teor em oxigénio. Devido ao baixo teor em oxigénio, um aumento de temperatura não resulta automaticamente na combustão efectiva de material 3

ΕΡ 1 164 331 /PT residual. Deste modo, mesmo uma temperatura superior a 300°C, por exemplo 450°C ou superior, pode também ser aplicada. Porque o gás primário serve, em primeira instância, para aquecer e secar as partes compactas do material residual, isto não causa em principio quaisquer problemas. Em segunda instância, as partes facilmente combustíveis do material residual entram em combustão, como resultado do fornecimento de parte do gás primário, que por isso ocorre com uma deficiência de oxigénio. Isto significa que a incineração sobre o leito de resíduos ocorre apenas parcialmente. Consequentemente, podem-se libertar quantidades relativamente grandes de monóxido de carbono, CH4 e outros produtos resultantes da reacção no incinerador. Outras partes do primeiro fornecimento de parte do gás primário não resultarão em qualquer combustão e deste modo deixarão o leito de resíduos com uma percentagem de oxigénio baixa. Estas partes de gás que são libertadas na primeira zona são misturadas conjuntamente com o gás secundário. As partes do gás primário que contêm um excesso de oxigénio, como resultado da combustão não ser suficientemente boa em partes do leito de resíduos, asseguram deste modo que pelo menos uma parte do monóxido de carbono é queimada, conforme anteriormente descrito. Devido à combustão limitada do material residual na primeira zona, as temperaturas no leito de resíduos permanecem relativamente baixas e o material residual será pirolisado apenas numa extensão limitada. Numa zona seguinte, onde se adiciona uma maior quantidade de oxigénio, isto resulta numa boa combustão e numa temperatura mais elevada no leito de resíduos do que quando a combustão ocorre na primeira zona. Devido ao material residual não ser homogéneo, e ao espalhamento não homogéneo do material residual sobre a grelha do incinerador, existirão sempre algumas partes do material residual que recebem muito pouco oxigénio.

Conforme anteriormente mencionado, o gás primário na primeira zona serve em primeiro lugar para secar o material residual que foi colocado no incinerador. Para tal, o gás primário que é fornecido à primeira zona é alimentado a uma temperatura de 50°C a 300°C, preferivelmente de 150°C a 300°C. 0 pré-aquecimento do gás primário para um incinerador de resíduos requer uma grande quantidade de energia, e é especialmente necessário se o material residual for difícil de queimar. 0 pré-aquecimento dos gases primários depende 4

ΕΡ 1 164 331 /PT deste modo do assim chamado poder calorífico do material residual. Prefere-se que o gás primário esteja a uma temperatura de aproximadamente 100 °C no caso de um poder calorífico de 11000 quilojoules por quilograma, enquanto que a temperatura dos gases primários deve ser aproximadamente 180°C, no caso de um material residual com um poder calorífico à volta de 7000 quilojoules. Estes valores são baseados na utilização de ar como o gás primário, como gás de pré-aquecimento e como gás de inflamação.

Conforme anteriormente mencionado, o material residual, que é colocado num incinerador de resíduos para incineração, varia enormemente tanto no seu conteúdo como na sua humidade. Quanto à humidade que pode existir no material residual, é importante o modo como esta humidade está espalhada através do material residual. Se uma parte deste material residual estiver relativamente seca, e por isso facilmente combustível, esta parte assegurará que o material residual circundante mais húmido secará rapidamente e entrará deste modo em combustão. Na prática, as partes secas e húmidas do material residual não estão homogeneamente repartidas, pelo que a combustão ocorre de um modo muito irregular. Com as combinações de resíduos facilmente combustíveis e de resíduos que são difíceis de queimar, e de material residual com um poder calorífico elevado e de material residual com um poder calorífico baixo, pode-se observar que existirão, por isso, várias situações diferentes, que colocam todas exigências específicas no que se refere à temperatura do gás primário.

Material residual que é facilmente combustível e tem um poder calorífico elevado exige um pré-aquecimento muito baixo do gás primário. Se se utiliza pré-aquecimento do ar, isto resulta num fogo muito intenso acima do leito de resíduos, onde a combustão no leito de resíduos é muito fortemente subestequiométrica, o que resulta em temperaturas localmente muito elevadas na câmara de incineração. Neste caso, o pré-aquecimento do ar é desnecessário. menos

Material residual que é facilmente combustível mas que tem um poder calorífico baixo também não requer pré-aquecimento do ar. Adicionalmente, existe probabilidade de uma combustão subestequiométrica forte. 5

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Material residual que não é facilmente combustível e que tem um poder calorífico elevado requer ar primário a uma temperatura elevada de modo a consequir por um lado combustão suficiente do material residual e por outro lado, consequentemente, a queima real do material residual resultará facilmente numa combustão subestequiométrica simples. Uma regulação cuidadosa da temperatura dos gases primários é deste modo necessária para controlar a combustão.

Finalmente, é essencial ter ar pré-aquecido para material residual que não é facilmente combustível e tem um poder calorífico baixo.

Em geral, as técnicas actuais apenas podem proporcionar uma temperatura única para os gases primários. Isto significa que, em geral, os gases primários são pré-aquecidos o que, em muitos casos, será feito em condições subestequiométricas.

Noutra perspectiva, o invento proporciona uma técnica melhorada conforme anteriormente afirmado, onde a temperatura é controlada para o fornecimento de cada parte do gás primário. Isto permite uma regulação enquanto a temperatura do gás primário é aumentada apenas nas zonas onde á necessário, devido à composição do material residual. Para tal, o gás primário que é fornecido à primeira zona está a uma temperatura de 50°C a 450°C, preferivelmente na gama de 50°C a 300°C, com a maior preferência para a gama de 150°C a 300°C. Escolhendo uma temperatura relativamente elevada na primeira zona, o aquecimento das zonas seguintes pode ser muito menor. 0 objectivo é escolher uma temperatura na primeira zona que seja tão alta tal que, em muitos casos, o pré-aquecimento possa ser reduzido a zero nas outras zonas. Para além disso, seleccionando um fluxo de ar relativamente baixo para a primeira zona (de 5% a 15% do fluxo de ar primário total), utiliza-se relativamente pouca energia para o pré-aquecimento.

Os parágrafos seguintes descrevem o invento em mais detalhe, com base nas ilustrações. A Figura mostra um desenho esquemático de um incinerador de resíduos de acordo com a concepção preferida 6

ΕΡ 1 164 331 /PT do invento. 0 incinerador apresentado tem quatro partes de fornecimento de gás diferentes para o gás primário (1, 2, 3, 4). Estas são introduzidas sob a grelha de incinerador (5), sobre a qual está o leito de resíduos (6) . Na concepção apresentada, as tubagens de fornecimento para a primeira, segunda e terceira partes do fornecimento do gás primário estão equipados com um pré-aquecedor de ar (7, 8). 0 material residual é colocado sobre a grelha de incinerador (5), acima do primeiro fornecimento de gás primário (1), onde é atravessado a partir de baixo por gás residual originário do incinerador de resíduos. Este gás residual tem um teor em oxigénio baixo. 0 gás primário da primeira parte do fornecimento de gás (1) fluirá através do leito de resíduos (6) por meio dos canais de gás disponíveis. 0 material residual que entra em contacto directo com um tal canal é mais seco do que o resto do material residual. Se o material residual parcialmente seco for deslocado para uma posição onde é fornecida a segunda parte do gás primário (2), porque esta segunda parte do fornecimento contém oxigénio, a frente de chama progride, no sentido descendente através destes canais, praticamente de imediato Por esta razão é útil misturar de algum modo o material residual e perturbar os canais existentes, colocando as grelhas (5) para a segunda zona e para as zonas sucessivas numa posição algo inferior, e preferivelmente a uma altura que é um pouco mais baixa do que a altura média do leito. 0 resultado desta mistura é que as partes da superfície já a arder na primeira zona (1) chegam sobre o leito de resíduos (6) e inflamam ou secam adicionalmente o outro material residual, de modo que o material residual na segunda zona (2) arde mais homogeneamente. Para além disso, aumenta-se a possibilidade de se poder regular o processo porque, neste caso, a grelha na primeira zona pode ser utilizada para afinar a regulação do fornecimento para a parte restante do processo. A frente de chama acima do material residual atingirá uma primeira altura. Próximo desta altura, situa-se um fornecimento de gás secundário (9). É preferível que vários fornecimentos (9) estejam distribuídos circularmente em torno da instalação. Os gases de combustão que se formam na frente de chama acima do leito de resíduos não são constituídos por partes homogéneas. Devido à composição não homogénea do material residual, algumas partes deste são bem incineradas e deste modo, 7

ΕΡ 1 164 331 /PT nesses locais, o oxigénio no gás primário terá reagido. Noutras partes, onde a incineração não ocorreu numa grande extensão, parte do oxigénio fornecido pelo fornecimento de gás primário não terá reagido e, desse modo, permanecerá no gás de combustão. Adicionando um gás secundário, pode-se conseguir uma boa mistura destes gases de combustão. Utilizando gases com um baixo teor de oxigénio, tais como os gases residuais a partir do incinerador de resíduos, como gases secundários, cria-se uma grande mistura à primeira altura, o topo das chamas onde se situa o local mais quente na chaminé, mas apenas se cria um excesso limitado de oxigénio pelo que se minimiza a formação de N0X. Através do fornecimento do terceiro gás (10) numa posição a jusante do fornecimento do gás secundário (9), é fornecido um gás contendo oxigénio com um teor em O2 adequado (preferivelmente um excesso) , de modo a queimar o CO restante e quaisquer outros produtos residuais combustíveis possíveis nos gases de combustão. Porque isto ocorre a jusante, os gases de combustão estão homogéneos e já algo mais frios, e assim a formação de óxidos nitrosos é inferior. Especialmente pelo facto de os gases de combustão estarem agora já misturados, não surgem as temperaturas de pico locais que originam a formação da maior parte dos óxidos nitrosos. A subdivisão do fornecimento de gás primário em várias zonas, como se mostra nas quatro zonas na ilustração (1, 2, 3, 4), que sucessivamente passam através do material residual a ser incinerado (6), consegue uma combustão óptima. Isto pode ser especialmente conseguido porque a temperatura pode ser regulada independentemente para cada zona. Porque na prática é difícil antecipadamente avaliar o poder calorífico do material residual e o seu comportamento de inflamação, bem o suficiente para depender destes, a regulação do ajuste de temperatura do gás primário ocorre por seguimento da frente de chama para cada zona. Isto pode ser efectuado manualmente ou via uma medição automática da frente de chama com a ajuda de câmaras de vídeo para luz visível e/ou luz infravermelhos.

Os gases primários que são fornecidos à primeira zona (1) podem ter uma temperatura elevada sem qualquer problema, porque o seu teor em oxigénio é muito baixo. O teor em oxigénio pode ser de 0% em volume ou mais. A incineração acima da primeira zona é deste modo limitada. A temperatura 8

ΕΡ 1 164 331 /PT máxima das chamas na primeira zona é assim reduzida, proporcionalmente à percentagem de oxigénio disponível, pelo que não pode resultar qualquer dano na grelha de resíduos. Em particular, evitam-se os danos provocados por gotas de metal fundido que se soldam por si só à superfície da grelha. Com técnicas actuais onde se utiliza usualmente uma grelha arrefecida a água, não é possível obter esta vantagem num grau tão elevado.

Porque a energia disponível que é libertada na primeira zona é limitada, porque ocorre apenas uma combustão limitada pelo oxigénio, a reacção de gás residual na primeira zona é também limitada. 0 material residual pode assim ser plenamente pré-seco sem todo o material ser incinerado na primeira zona. Isto resulta numa boa situação de combustão na segunda zona, onde é possível que não seja necessário mais pré-aquecimento do ar, mas onde a incineração pode ainda ser bem regulada. Uma incineração homogénea pode ser especialmente conseguida na segunda zona quando a grelha de incinerador (5) está colocada num ponto inferior, conforme anteriormente descrito.

Como mencionado anteriormente, é preferível que a recirculação de gás residual seja fornecida como o gás primário à primeira zona. Deste modo, o gás residual a partir da combustão do incinerador, após passagem através de um filtro de poeiras (11), é recirculado à primeira zona. A percentagem de oxigénio e a temperatura estão neste caso razoavelmente firmemente fixas (dependendo da concepção do processo) e não podem ser utilizadas para o controlo efectivo do processo de combustão. É muito fácil fazer variar a quantidade (o fluxo) de gás primário na primeira zona num largo intervalo.

Outras possibilidades de aplicação como a primeira parte do fornecimento de gás primário são a utilização de gases residuais a partir de queimadores de gás, caldeiras a gás, motores a gás ou turbinas a gás, por exemplo. É especialmente importante a utilização de motores a gás, com base no gás residual disponível, tal como o gás biológico que resulta da fermentação produzida na purificação de águas residuais, por exemplo. Porque neste caso o calor dos gases residuais a partir do motor também é utilizado eficientemente, a eficiência aumenta significativamente, em 9

ΕΡ 1 164 331 /PT comparação com a configuração convencional do motor a biogás em separado, onde se utilizam a electricidade gerada e o calor da água de arrefecimento.

Os gases residuais daqui resultantes podem ser misturados com ar a partir do exterior de modo a conseguir a temperatura requerida combinada com a percentagem de oxigénio requerida, pelo que é ainda adicionada uma certa percentagem de oxigénio a estes gases. A quantidade de ar que é adicionada aos gases residuais a partir do exterior depende da temperatura que é necessária para o gás primário na primeira zona. Em geral, esta será de 100°C a 270°C. No caso de gases residuais a partir de uma caldeira a gás, parte do calor do gás residual será recuperada, pelo que este gás terá uma temperatura diminuída quando for fornecido à primeira zona. Neste caso, a percentagem de oxigénio será de 0% a 15%. Para além disso, a recuperação do calor a partir da queima do gás na caldeira a gás resultará numa maior eficiência para toda a instalação. O gás residual a partir de uma turbina de gás pode também ser utilizado de um modo adequado. Especialmente no caso de gases residuais a partir de uma turbina a gás ou motor a gás, estes podem ter uma temperatura mais elevada do que 270°C, por exemplo 450°C ou superior. Se os resíduos contiverem alguma humidade e o fluxo na primeira zona primária não for demasiado elevado, mesmo com estas temperaturas, a pirólise pode estar limitada pelo que um poder calorífico suficiente permanece nos resíduos, de modo a ter-se uma boa combustão na zona sucessiva (segunda). É também possível a mistura com ar frio ou com gás residual de recirculação mais frio. Deste modo, o invento é também adaptável para casos similares onde a temperatura do fornecimento de gás primário é superior a 300 °C.

Os gases residuais a partir do incinerador de resíduos, como se mostra na figura, que são extraídos após terem passado através do filtro de poeiras (11), estão a uma temperatura de 100°C a 270°C. Um problema que pode ocorrer utilizando uma recirculação de gás residual similar é a corrosão em "pontos frios" e a perda dos gases de recirculação para o exterior em locais onde está presente uma pressão elevada. Devido à temperatura dos gases de recirculação, é possível uma corrosão similar como resultado da condensação do gás de recirculação nas tubagens de 10

ΕΡ 1 164 331 /PT fornecimento de gás à zona de incineração, por exemplo, por baixo da grelha de incinerador (5). De acordo com a implementação preferida, é melhor confinar o fornecimento da primeira parte do gás primário (1) numa caixa (12) que será alimentada com gases, como se mostra na Figura 2. Isto torna possível um bom isolamento. Adicionalmente, qualquer fuga dos gases de recirculação nesta caixa (12) não conduzirá a problemas directos na área circundante porque os gases de fuga serão contidos e diluídos dentro da caixa (12) . Estes gases podem depois ser conduzidos para a zona de incineração. Como se mostra na Figura 2, a segunda parte do fornecimento de gás primário é utilizada para manter a zona circundante da primeira parte do fornecimento de gás (1) à temperatura requerida, mais elevada, de modo a não poder ocorrer qualquer condensação. O fornecimento (1), e especialmente o funil sob a grelha (5) para primeira zona, como se mostra na Figura 2, estão situados neste caso dentro de um invólucro (12), que é mantido a uma temperatura regulada pela segunda parte do fornecimento de gás, e que pode também ser mantido a uma pressão mais elevada de acordo com uma implementação recomendada adicional. Porque este fornecimento da primeira parte do gás é isolado e circundado pelo ar pré-aquecido por um pré-aquecedor de ar, as pontes frias podem ser evitadas por esta construção. Se este pré-aquecedor for o aquecedor da segunda parte do fornecimento de gás primário (7), este aquecedor deverá funcionar continuamente a uma temperatura suficientemente elevada. Se necessário, pode ser proporcionado neste caso um "bypass", onde o gás primário que é fornecido à segunda zona não passa através do pré-aquecedor de ar (7). É também possível, utilizando uma válvula de controlo, proporcionar uma ligação entre o ar pré-aquecido proveniente da caixa e o funil para a primeira parte do fornecimento de gás, de modo a adicionar ar rico em oxigénio à primeira parte do fornecimento. O gás residual que é utilizado para recirculação deverá ser preferivelmente retirado, a partir do incinerador de resíduos, através de um filtro de manga ou filtro electrostático (11), pelo que a quantidade de poeira no gás em recirculação é baixa e não resultam quaisquer problemas com a ocorrência de depósitos nas tubagens. A temperatura do gás de recirculação é de 170°C a 270°C, preferivelmente no intervalo de 190°C e 230°C. Esta temperatura tem de ser suficientemente elevada para evitar problemas com a 11

ΕΡ 1 164 331 /PT condensação dos gases residuais, mas também suficientemente baixa para que possa ser tratado por materiais de filtros de mangas comuns, por exemplo uma camada catalítica especial sobre o material do filtro de manga. Por meio de uma injecção comum e bem conhecida de amónia na primeira corrente da exaustão de gás residual (SNCR), é possível a esta temperatura uma conversão catalítica de N0X com NH3, em combinação com uma decomposição de dioxina/furano. 0 ar primário para a primeira zona é regulado de modo a controlar o fogo na segunda e terceira zonas. 0 intervalo do fornecimento de gás através da primeira zona tem de ser aproximadamente 2,5% a 25% da quantidade total de gás primário. Para resíduos domésticos normais, com um poder calorífico de aproximadamente 10000 quilojoules por quilograma, 10% do total são suficientes para secar bem o material residual, pela temperatura elevada dos gases de recirculação utilizados. No caso de uma boa incineração (um fogo intenso curto na segunda zona e uma percentagem baixa de material restante) , o processo de secagem é mais do que bom e a quantidade do fornecimento de gás pode ser reduzida para 5%. No caso de os resíduos não serem suficientemente queimados, a quantidade pode ser aumentada para 20%. A grelha de incinerador (5) na primeira zona, sobre a qual o material residual a ser queimado (6) é inicialmente colocado, não tem de estar equipada com arrefecimento a água. Quando se utiliza arrefecimento a água, pode ocorrer condensação a partir dos gases recirculados, especialmente sobre as partes arrefecidas. Conforme mencionado anteriormente, os gases de recirculação têm um teor em oxigénio muito baixo mas uma temperatura relativamente elevada, pelo que virtualmente não ocorre qualquer combustão no material residual por cima da primeira zona. Adicionalmente, devido ao baixo teor em oxigénio (pelo menos inferior a 20% em volume), podem existir temperaturas de chama até um máximo de 500 °C se o teor em oxigénio for inferior a 10% em volume. Devido ao baixo teor em oxigénio e à temperatura baixa, a frente de chama só dificilmente se pode deslocar no sentido descendente. Isto significa que não podem ocorrer danos na grelha de incinerador (5) na primeira zona por sobreaquecimento da grelha. 12

ΕΡ 1 164 331 /PT Ο material residual da primeira zona que atinge a segunda zona está, no entanto, muito bem seco e facilmente combustível. Quando este material residual atinge a segunda zona, adiciona-se um fornecimento de ar primário com um teor normal em oxigénio. Isto faz com que a frente de chama se desloque para baixo de um modo virtualmente instantâneo. Por esta razão, é preferível que a grelha do incinerador na segunda zona (5) seja arrefecida a água. Devido ao teor em oxigénio, bem como à boa mistura do oxigénio e do material residual a ser queimado, ocorrerá um fogo muito intenso no leito do incinerador que arde até junto à grelha (5). Devido à pirólise parcial, como resultado da temperatura elevada do gás primário na primeira zona, as partes mais facilmente combustíveis do material residual (especialmente materiais sintéticos) já perderam parte do seu poder calorífico, e as temperaturas de pico na segunda e na terceira zonas são menores do que quando o material residual na primeira zona é completamente incinerado, como é o caso usual quando se utiliza ar rico em oxigénio. 0 calor que a grelha (5) absorve e transmite para a água de arrefecimento é reutilizado de um modo adequado.

Se a combustão na segunda e terceira zonas correr muito bem, o gás primário para a segunda e terceira zonas pode ser utilizado sem qualquer pré-aquecimento de ar adicional (7, 8), diminuindo desse modo a temperatura da grelha e da chama, bem como reduzindo a formação de N0X. Para resíduos domésticos normais (9000 a 11000 quilojoules por quilograma), este será geralmente o caso quando o material residual (6) é pré-seco na primeira zona com o auxílio do gás de recirculação. O gás que é fornecido à segunda e terceira zonas pode assim ser ar fresco que pode ser fornecido directamente a partir do exterior. Para além da economia de energia que é assim conseguida, isto tem a vantagem de, quando o ar está frio, se ter uma velocidade de ar inferior para um fornecimento de oxigénio igual, pelo que menos poeiras de combustão serão criadas.

Conforme descrito anteriormente, a quantidade de oxigénio que é fornecida através da segunda e terceira zonas ao material residual que se pretende queimar (6) tem de ser aproximadamente estequiométrica ou algo inferior (de 0,8 a 1,0 vezes a quantidade de oxigénio necessária para a combustão) . Dependendo do tipo de material residual, para cada zona, têm 13

ΕΡ 1 164 331 /PT de ser fornecidos aproximadamente 15% a 40% da quantidade total do fornecimento de gás primário e de terceiro gás à segunda e terceira zonas. Prefere-se que a quantidade de ar fornecida à segunda e terceira zonas seja aproximadamente de 25% a 30% da quantidade total de gás que é utilizada como o fornecimento de ar primário e terceiro. O resultado disto é que o calor mais elevado se desenvolve no próprio leito de residuos. O resíduo de carbono, isto é, a percentagem de carbono não queimada, é deste modo melhorado, e, devido às temperaturas elevadas, um máximo de metais pesados é retirado da escória resultante. A qualidade da escória resultante é deste modo melhorada devido à boa secagem na primeira zona. Como anteriormente mencionado, o gás que é utilizado para a segunda e terceira zonas não deverá estar preferivelmente pré-aquecido e, no caso de um fornecimento de material residual suficientemente bom que possa ser assim pré-seco, de modo a conseguir-se uma combustão rápida na segunda zona, os pré-aquecedores de ar (7, 8) podem ser omitidos se necessário. Ao contrário da patente DE-3915992 AI anteriormente mencionada, não é também aconselhável utilizar um teor em oxigénio à medida na zona de combustão principal, porque a combustão ocorre aí, em qualquer caso, de um modo subestequiométrico. A última zona, por exemplo uma quarta zona ou mesmo possivelmente uma quinta zona ou ainda uma zona adicional se se utilizam várias zonas similares, é uma zona de incineração final e de arrefecimento que apenas recebe de 5% a 15% da quantidade total de gás. Possivelmente, pode-se usar aqui gás recirculado. Este tem a vantagem de o CO2 e a H2O contidos no gás recirculado, se necessário suplementados com água extra, reagirem com o cálcio na escória, pelo que esta passa por um processo de envelhecimento rápido e existe um valor de pH inferior em qualquer lixiviação posterior. Deste modo, a qualidade da escória é melhorada porque existe menos lixiviação. Em momentos quando a incineração na zona de incineração principal não está a correr muito bem, pode ser útil utilizar temporariamente um teor em oxigénio aumentado, directamente após a zona de incineração principal, de modo a efectuar uma boa combustão da camada de cinzas inferior.

De modo a obter o teor indicado baixo de oxigénio no gás secundário, é preferível fornecer gás recirculado, isto é gás residual a partir do incinerador, como gás secundário. 14

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Para o terceiro fornecimento de ar, prefere-se a percentagem de 5% a 30% da quantidade total de ar fornecido, preferivelmente de 10% a 20%.

Quando a altura das chamas acima do leito de resíduos (6) diminui devido a combustão inadequada ou inflamação insuficiente, é preferível reduzir a quantidade do terceiro fornecimento de ar, ou se possível desligá-lo completamente, de modo a corrigir a percentagem crescente de oxigénio nos gases de combustão que resulta da combustão inadequada.

Para regular a capacidade do fogo, a posição da zona de combustão principal e o nível com o qual o material residual é incinerado no final da grelha, estão disponíveis as quantidades de controlo seguintes: • a quantidade de material residual que está a ser alimentada à grelha • o transporte do material residual sobre a grelha • a quantidade de ar fornecido a cada zona • a temperatura do ar em cada zona • o teor em oxigénio na primeira zona.

Isto significa que existe um grande número de combinações possíveis. É preferível utilizar o transporte de resíduos como o regulador principal para a capacidade da instalação. O fornecimento de material residual à grelha tem de ser ajustado de modo a obter uma boa espessura de camada. No que se refere à criação de emissões baixas, não é recomendado regular a quantidade de ar na zona de combustão principal, porque isto perturbaria a estequiometria e deste modo o equilíbrio da combustão. Apenas são aqui possíveis ajustes inferiores a aproximadamente 10% deste fluxo ou ajustes lentos que não são mais rápidos do que o fornecimento de material residual à zona de combustão, de modo a gerir a capacidade e a posição do fogo, respectivamente. Com a regulação individual da temperatura em cada zona, proposta na Reivindicação 2, é possível suportar temporariamente uma ausência local de combustão na zona de combustão principal sem adaptação da quantidade do fornecimento de ar. No que se refere à utilização de energia, a limitação da formação de NOx e a influência negativa na produção de resíduos, pretendem manter a temperatura de ar nominal na zona de combustão principal tão 15

ΕΡ 1 164 331 /PT baixa quanto possível. Isto pode ser controlado influenciando o processo de secagem na primeira zona. Para o efeito, pretende-se em princípio uma percentagem de oxigénio fixa, tão baixa quanto possível, e uma temperatura elevada no primeiro fornecimento de gás primário. Deste modo, o primeiro fornecimento de gás primário torna-se a principal quantidade de regulação para a secagem do material residual. Este fluxo é regulado tal que uma boa combustão ocorre na segunda zona, mas não mais do que o necessário para prevenir uma combustão demasiado intensa. A partir da informação anterior, pode-se observar que o invento proporciona uma técnica muito melhorada para queima de material residual num incinerador de resíduos. Os investimentos extra que são necessários, para a recirculação do gás residual e para a construção mais complexa para o fornecimento dos gases de recirculação à primeira zona, são compensados pelo facto de a limpeza de gás residual poder ser realizada a uma escala mais pequena, e pelo facto de ser necessária muito menos energia para o pré-aquecimento da parte principal do fornecimento de gás. As vantagens são especialmente conseguidas porque a incineração é melhor e porque isto resulta numa camada de cinzas de melhor qualidade. Adicionalmente, existe uma vantagem de se poderem processar materiais residuais com uma larga gama de poderes caloríficos (de 5000 a 16000 quilojoules por quilograma) , com uma incineração que é facilmente manobrável. Devido à boa pré-secagem na primeira zona, podem-se conseguir uma temperatura de chama e uma altura de chama mais constantes, onde picos e baixas na produção de vapor podem ser evitados. Todas estas medidas conduzem a uma eficiência de energia melhorada. Isto torna possível conseguir uma eficiência na produção de electricidade de pelo menos 30% brutos/ 26% líquidos, 33% brutos/29% líquidos com desempenho melhorado, ou 36% brutos/33% líquidos com o melhor desempenho, quando um processo descrito no presente invento é combinado com um processo tal como os descritos nos pedidos de patente dos mesmos inventores que são submetidos em conjunto com este pedido de patente. Para além disso, o teor em NOx é reduzido, primeiro pela temperatura inferior no incinerador e, em segundo lugar, pelo filtro de poeiras catalítico que pode ser efectivamente aplicado a esta técnica. 16

ΕΡ 1 164 331 /PT Ο invento não se limita à implementação como se mostra nas figuras e à descrição anteriormente apresentada, mas apenas pelas reivindicações em anexo.

Lisboa,

Claims (18)

1. ΕΡ 1 164 331 /PT 1/4 REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a incineração de material residual num incinerador, que compreende: o fornecimento de um material residual a uma zona de incineração que contém uma grelha de incineração, onde o material residual é fornecido a um primeiro lado da grelha de incineração e é deslocado para um segundo lado durante o processo, o fornecimento a partir de baixo, através da grelha de incineração e do material residual colocado sobre esta, de um gás primário de modo a incinerar pelo menos parcialmente o referido material numa área de combustão que se prolonga desde a grelha de incineração até um primeiro nível acima da grelha de incineração, em que a zona de incineração compreende pelo menos duas zonas, sendo o material residual fornecido a uma primeira zona, e onde durante o processo o material residual é deslocado para uma zona ligada sucessiva; uma primeira parte de gás primário é fornecido à primeira zona com um teor em oxigénio inferior a 20% em volume e uma temperatura de 50°C a 450°C, preferivelmente de 50°C a 300°C, e uma parte sucessiva de gás primário é fornecido a pelo menos uma zona sucessiva; e caracterizado por a temperatura ser controlada para cada fornecimento parcial de gás primário.
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o primeiro fornecimento parcial de gás primário compreender gás residual a partir de um incinerador, preferivelmente gás residual a partir de um incinerador de resíduos, uma caldeira a gás, um motor a gás ou uma turbina a gás, sendo muito preferido gás residual a partir de um incinerador de resíduos.
3. 3. Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por a construção do fornecimento do primeiro fornecimento parcial de gás primário, na situação em que este compreende gás residual a partir de um incinerador, ser confinada por uma caixa, sendo a referida caixa alimentada ΕΡ 1 164 331 /PT 2/4 com gases a uma temperatura e/ou pressão iguais ou superiores à temperatura ou pressão, respectivamente, do primeiro fornecimento de gás primário.
4. 4. Processo de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado por o gás residual a partir de um incinerador ser filtrado, preferivelmente através de um filtro de poeiras.
5. 5. Processo de acordo com as reivindicações 1-4, caracterizado por um gás secundário ser fornecido na proximidade do primeiro nível acima da grelha de incineração e um terceiro gás ser fornecido a um segundo nível acima do primeiro nível, em que o gás secundário tem um teor em oxigénio de <20% em volume e o terceiro gás tem um teor mais elevado em oxigénio do que o gás secundário.
6. 6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o gás secundário conter gás residual a partir de um incinerador de resíduos.
7. 7. Processo de acordo com as reivindicações 5 ou 6, caracterizado por o terceiro gás compreender ar exterior.
8. 8. Processo de acordo com as reivindicações 1-7, caracterizado por o gás primário na primeira zona ter um teor em oxigénio de 0% a 15%, preferivelmente de 0% a 10%.
9. 9. Processo de acordo com as reivindicações 1-8, caracterizado por o gás primário ser fornecido por pelo menos três fornecimentos parciais, em que pelo menos: um primeiro fornecimento parcial de gás tem um teor em O2 de 0% a 15% e constitui 2% a 25% da quantidade total de gás primário; um ou mais fornecimentos parciais de gás sucessivos constituem 15% a 90% da quantidade total de gás primário; e um último fornecimento parcial de gás constitui 5% a 25% da quantidade total de gás primário.
10. 10. Processo de acordo com as reivindicações 1-9, caracterizado por a caixa ser alimentada com gases a partir de um fornecimento parcial de gás primário sucessivo. ΕΡ 1 164 331 /PT 3/4
11. 11. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por os gases a partir da caixa serem subsequentemente fornecidos à zona de incineração, por exemplo por mistura destes com o primeiro fornecimento parcial de gás primário.
12. 12. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por os gases a partir da caixa serem subsequentemente fornecidos a uma zona de incineração sucessiva, por exemplo via uma parede lateral, ou como gás secundário na caldeira como gás de incineração.
13. 13. Processo de acordo com as reivindicações 10-12, caracterizado por a caixa ser fornecida com gases a uma temperatura de pelo menos 150°C.
14. 14. Processo de acordo com as reivindicações 1-13, caracterizado por a tubagem para o fornecimento de gases de recirculação estar confinada numa tubagem que é fornecida com gases a uma temperatura e/ou pressão iguais ou superiores às do primeiro fornecimento parcial de gás primário.
15. 15. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 14, caracterizado por o primeiro fornecimento parcial de gás primário ser controlado de modo a influenciar a incineração na zona de incineração principal ligada, principalmente fazendo variar o fluxo do primeiro fornecimento parcial de gás primário e o teor em oxigénio e/ou temperatura são variados subsequentemente ou simultaneamente.
16. 16. Forno de incineração de resíduos para um incinerador de resíduos, consistindo de uma grelha de incinerador (5) para o material residual (6) a ser incinerado, meios para deslocar os resíduos a serem incinerados de um primeiro para um segundo lado, meios para fornecimento de gás primário (1, 2, 3, 4) sob a grelha de incinerador, meios para fornecimento de gás secundário (9) a um primeiro nível acima da grelha de incinerador e meios para fornecimento de gás terciário (10) a um segundo nível acima da grelha de incinerador e acima dos meios de fornecimento de gás secundário, em que os meios de fornecimento de gás secundário estão ligados a uma exaustão de gás residual a partir do incinerador de resíduos, ΕΡ 1 164 331 /PT 4/4 caracterizado por serem proporcionados um sensor de temperatura e um aquecedor para controlo de cada temperatura de fornecimento de gás primário.
17. 17. Forno de incineração de resíduos de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por os meios de fornecimento gás primário estarem ligados a uma exaustão de gás residual a partir de um queimador de gás, um caldeira a gás, um motor a gás, uma turbina a gás, uma instalação de fermentação de águas residuais ou um motor a biogás.
18. 18. Forno de incineração de resíduos de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por os meios de fornecimento de gás primário consistirem de pelo menos dois fornecimentos separados, estando os primeiros meios de fornecimento de gás primário localizados na proximidade do primeiro lado sob a grelha de incinerador e estando os segundos meios de fornecimento de gás primário localizados na proximidade do segundo lado sob a grelha de incinerador, e estando os primeiros meios de fornecimento de gás primário ligados a uma exaustão de gás residual a partir de um incinerador de resíduos. Lisboa,