PT1269077E

PT1269077E - ''método e dispositivo para combustão de combustível sólido''

Info

Publication number: PT1269077E
Application number: PT01918008T
Authority: PT
Inventors: Sigvart Kasin
Original assignee: Inc Engineering As
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2007-08-14
Also published as: CZ304760B6; CA2404299A1; DE60128337D1; WO2001071253A2; ATE362079T1; DK1269077T3; NO20001571L; US20040035339A1; EP1269077A2; KR100823747B1; AU2001244880B2; KR20030019331A; EP1269077B1; JP2003528284A; NO20001571D0; ES2287109T3; MXPA02009341A; US6848375B2; DE60128337T2; CN100476293C

Description

DESCRIÇÃO "MÉTODO E DISPOSITIVO PARA COMBUSTÃO DE COMBUSTÍVEL SÓLIDO"

Esta invenção refere-se a um método e dispositivo para converter energia por combustão de combustível sólido, especialmente incineração de combustíveis bio-orgânicos e resíduos sólidos urbanos para produzir energia térmica e que funciona com níveis muito baixos de N0X, CO e cinzas volantes.

Antecedentes A forma de vida industrializada gera quantidades enormes de resíduos sólidos urbanos e outras formas de resíduos sólidos, tais como, por exemplo, pneus de borracha, materiais de construção, etc. As grandes quantidades destes resíduos sólidos têm crescido, em muitas áreas densamente povoadas, criando um problema grave de poluição que se deve, simplesmente, ao seu volume que tem ocupado partes consideráveis da capacidade de armazenamento disponível na área. Além disso, existem, frequentemente, restrições importantes no que se refere a locais de armazenamento dado que a maior parte destes resíduos apresenta somente uma biodegradabilidade lenta e contém, frequentemente, substâncias tóxicas.

Uma forma muito eficiente de reduzir o volume e peso dos resíduos sólidos urbanos, e que também pode destruir muitas substâncias tóxicas, é queimá-los em incineradores. Isto pode reduzir o volume dos resíduos não compactados até 90%, deixando 1 uma cinza residual inerte, vidro, metal e outros materiais sólidos denominados cinzas de fundo que podem ser depositados num aterro. Se o processo de combustão for cuidadosamente controlado, a parte combustível dos residuos irá ser transformada, maioritariamente, em CO2, H20 e calor.

Os residuos urbanos são uma mistura de muitos materiais diferentes com uma vasta variedade de propriedades de combustão. Deste modo, na prática, irá sempre existir algum grau de combustão incompleta implicado nos incineradores de residuos sólidos que geram subprodutos gasosos, tais como, por exemplo, CO e partículas finamente divididas denominadas cinzas volantes. As cinzas volantes incluem cinzas, poeiras e fuligem. Além disso, também há dificuldades em controlar a temperatura no incinerador de um modo cuidadoso de forma a atingir uma temperatura suficientemente elevada para conseguir um grau de combustão aceitável dos resíduos, mas suficientemente baixa para evitar a formação de N0X.

De modo a evitar que estes compostos cheguem à atmosfera, os incineradores modernos devem estar equipados com dispositivos de controlo de emissões abrangentes incluindo filtros com câmara de filtragem em tecido, lavadores de gases ácidos, precipitadores electrostáticos, etc. Estes dispositivos de controlo de emissões introduzem substanciais custos adicionais ao processo e, como resultado, os incineradores de resíduos com controlo de emissões do estado da técnica estão, normalmente, dimensionados de modo a ter capacidades de fornecimento de 30-300 MW de energia térmica na forma de água quente ou vapor. Estas enormes instalações requerem quantidades muito grandes de resíduos urbanos (ou outros combustíveis) e também incluem, frequentemente, condutas de distribuição muito extensas para 2 fornecer energia térmica a inúmeros clientes disseminados por uma vasta área. Deste modo, esta solução só se adequa a cidades de grandes dimensões e outras áreas muito densamente povoadas.

Para instalações mais pequenas, não foi ainda possível obter o mesmo grau de controlo de emissões devido aos custos de investimento e operacionais dos dispositivos de controlo de emissões. Actualmente, isto deu origem a direitos de emissão mais generosos para instalações de incineração de resíduos mais pequenas que produzem menos de 30 MW de energia térmica e podem, deste modo, ser empregues em cidades e áreas habitadas mais pequenas.

Esta não é, obviamente, uma solução ambientalmente satisfatória. O aumento constante de população e do consumo de energia da sociedade moderna exerce uma pressão poluidora crescente sobre o ambiente. Um dos problemas mais imediatos da poluição em áreas densamente povoadas é a qualidade do ar. Devido à utilização sistemática do tráfego motorizado, aquecimento a lenha e com combustíveis fósseis, indústria, etc., o ar em áreas densamente povoadas é, frequentemente, poluído, localmente, por pequenas partículas de restos carcinogénicos de combustíveis que não foram parcial ou totalmente carbonizados, tais como fuligem, PAH; gases ácidos, tais como NOx, S02; compostos tóxicos, tais como CO, dioxinas, ozono, etc. Tomou-se, recentemente, consciência de que este tipo de poluição do ar tem um impacto muito maior na saúde humana do que anteriormente se pensava, e leva ao aparecimento de muitas doenças comuns incluindo cancro, doenças auto-imunitárias e doenças respiratórias. As últimas estimativas para a cidade de Oslo, com uma população de, aproximadamente, 500000, apontam para a morte de 400 pessoas por ano devido a doenças que podem resultar da má 3 qualidade do ar, e a frequência de, por exemplo, asma, é significativamente maior em áreas densamente povoadas do que em áreas raramente povoadas. Em resultado deste conhecimento, tem vindo a exigir-se a diminuição de direitos de emissão dos compostos supracitados.

Deste modo, é necessário haver incineradores de resíduos que possam funcionar com volumes de resíduos mais pequenos, produzidos por comunidades e áreas habitadas mais pequenas, com o mesmo nivel de controlo de emissões que os incineradores de grandes dimensões (> 30 MW), com uma capacidade de limpeza total e sem aumentar o preço da energia térmica. Dimensões típicas das instalações mais pequenas situam-se no intervalo desde 250 kW até 5 MW.

Tecnologia anterior A maioria dos incineradores emprega duas câmaras de combustão, uma câmara de combustão primária, na qual a humidade é eliminada e os resíduos são inflamados e volatilizados, e uma segunda câmara de combustão, na qual os gases e partículas remanescentes não queimados são oxidados, eliminando odores e reduzindo a quantidade de cinzas volantes nos gases de escape. De modo a fornecer oxigénio suficiente, quer para a câmara de combustão primária, quer para a secundária, o ar é, frequentemente, fornecido e misturado com os resíduos queimados através de aberturas por baixo de grelhas e/ou é admitido para a área a partir de cima. Existem soluções conhecidas nas quais o fluxo de ar é mantido pela corrente de ar natural nas chaminés e por ventiladores forçados mecanicamente. 4 É do conhecimento geral que as condições de temperatura na zona de combustão constituem o factor principal de gestão do processo de combustão. É vital obter uma temperatura estável e uniforme em toda a zona de combustão com um nivel suficientemente elevado. Se a temperatura ficar muito baixa, a combustão dos resíduos irá diminuir e o grau de combustão incompleta irá aumentar o que, de novo, aumenta os níveis de restos não queimados (CO, PAH, VOC, fuligem, dioxinas, etc.) nos gases de escape, enquanto uma temperatura demasiado elevada irá aumentar a quantidade de N0X. Deste modo, a temperatura na zona de combustão deve ser mantida com uma temperatura uniforme e estável logo abaixo dos 1200 °C.

Apesar de inúmeras e sistemáticas tentativas de conseguir um bom controlo da circulação de ar nas zonas de combustão, os incineradores do estado da técnica continuam a produzir níveis elevados de cinzas volantes e dos outros poluentes supracitados, o que leva a que os gases de escape devam ser sujeitos a uma limpeza exaustiva por diversos tipos de dispositivos de controlo de emissões de modo a conseguir-se atingir níveis ambientalmente aceitáveis. Além disso, a maioria dos incineradores convencionais também tem que empregar pré-tratamentos dispendiosos do combustível derivado de resíduos de modo a melhorar o combustível e, desse modo, reduzir a formação de, por exemplo, cinzas volantes. O documento WO 96/24804 divulga um processo de incineração melhorado em circuito fechado. O documento GB 1535330 divulga um método e forno para a combustão de combustível carbonado. 5

Objectivo da invenção 0 objectivo principal desta invenção é disponibilizar uma instalação de conversão de energia para resíduos sólidos que funcione bem abaixo das regulações de emissão válidas para incineradores superiores a 30 MW utilizando apenas dispositivos de controlo de emissões moderados na saída dos gases de escape. É também um objectivo desta invenção disponibilizar uma instalação de conversão de energia para resíduos sólidos urbanos que funcione num processo contínuo em pequena escala, entre 250 kW e 5 MW e que possa produzir energia térmica na forma de água quente e/ou vapor ao mesmo nível de preço que os incineradores de grandes dimensões acima dos 30 MW.

Um outro objectivo desta invenção é disponibilizar uma instalação de conversão de energia para resíduos sólidos que possa funcionar em pequena escala, entre 250 kW e 5 MW, e empregue todos os tipos de resíduos sólidos urbanos, resíduos de borracha, resíduos de papel, etc. com teor em água até cerca de 60%, e que possa funcionar com um pré-tratamento muito simples e barato do combustível.

Para além disso, a presente invenção visa disponibilizar um método melhorado para converter por incineração o conteúdo energético em resíduos sólidos. 6

Descrição resumida dos desenhos

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7 mostra uma forma de realização preferida de uma instalação de incineração de acordo com a invenção, vista em perspectiva a partir de cima. mostra um diagrama esquemático da instalação de incineração mostrada na Fig. 1. mostra um desenho ampliado da câmara de combustão primária da instalação de incineração mostrada na Fig. 1. mostra um desenho ampliado da câmara de combustão primária. mostra uma vista lateral ampliada da parte inferior da câmara de combustão primária vista a partir da direcção A na Fig. 3. mostra uma vista lateral ampliada da parte inferior da câmara de combustão primária vista a partir da direcção B na Fig. 3. mostra uma secção transversal ampliada da parede lateral inclinada marcada como caixa C na Fig. 4. A secção transversal é vista a partir da direcção A e mostra uma vista ampliada das admissões para ar e gases de combustão. é uma vista lateral da câmara de combustão secundária de acordo com uma forma de realização 7 preferida da invenção destinada a combustível com baixos valores térmicos.

Fig. 8 é uma vista explodida que mostra as peças internas da câmara de combustão secundária mostrada na Fig. 7.

Fig. 9 mostra uma vista lateral de uma segunda forma de realização preferida da câmara de combustão secundária destinada a combustíveis com valores térmicos elevados.

Breve descrição da invenção

Os objectivos da invenção podem ser realizados por uma instalação de conversão de energia de acordo com a reivindicação 11 e pelo método como definido na reivindicação 1. As formas de realização preferidas são divulgadas nas reivindicações dependentes. 0 objectivo da invenção pode ser realizado por um conversor de energia, por exemplo uma instalação de incineração para combustíveis sólidos, que funciona de acordo com os princípios seguintes: 1) garantir um bom controlo da circulação de oxigénio na câmara de combustão regulando o escoamento de ar fresco que é conduzido para a câmara em, pelo menos, uma zona separada e vedando toda a câmara de combustão de modo a eliminar a penetração de ar parasita na câmara, 2) garantir um bom controlo da temperatura na câmara de combustão adicionando uma quantidade regulada de gás de combustão reciclado ao ar fresco que está a ser conduzido para a câmara em cada uma das, pelo menos uma, zonas separadas, e 3) filtrar, quer o gás de combustão reciclado, quer os gases de combustão originais nos residuos sólidos não queimados, na primeira câmara de combustão, enviando em contracorrente os residuos sólidos não queimados e os gases antes de introduzir os gases na segunda câmara de combustão. A taxa de combustão e condições de temperatura na câmara de combustão são controladas, em grande medida, pela circulação de oxigénio no interior da câmara. É, por conseguinte, vital obter um controlo excelente da velocidade de injecção, ou velocidade de escoamento de ar, do ar fresco que é conduzido para a câmara de combustão para todos os pontos de injecção. Também é uma vantagem poder regular os pontos de injecção, independentemente uns dos outros, de modo a satisfazer flutuações locais no processo de combustão. É, igualmente, vital, evitar a penetração de ar parasita na câmara dado que o ar parasita contribui para o descontrolo do processo de combustão, e irá, normalmente, dar origem a uma combustão menos completa e, desse modo, a uma intensificação dos poluentes nos gases de combustão. A penetração de ar parasita é um problema comum e grave na técnica anterior. Nesta invenção, o controlo do ar parasita é resolvido pela vedação de toda a câmara de combustão em relação à atmosfera envolvente e pela evacuação de residuos sólidos para dentro da parte superior da câmara de combustão e da cinza de fundo para fora da parte inferior da câmara de combustão. 9

Em incineradores convencionais verifica-se, frequentemente, que, quando o teor de CO é baixo no gás de combustão o teor de ΝΟχ é elevado e, vice-versa, quando o teor de N0X é baixo o teor de CO é elevado. Isto reflecte as dificuldades encontradas na regulação das temperaturas das zonas de combustão em incineradores convencionais. Como mencionado, temperaturas de combustão muito baixas dão origem a uma combustão completa menos eficiente e teores de CO mais elevados nos gases de combustão, enquanto temperaturas de combustão muito elevadas dão origem à produção de N0X. Deste modo, quando a temperatura é controlada pela simples regulação da quantidade de oxigénio (ar) que entra na zona de combustão, verificou-se que era difícil obter um controlo de temperatura adequado e simultâneo, quer das áreas adjacentes às admissões de oxigénio, quer na zona de combustão principal. Ou seja, é difícil obter, quer uma temperatura suficientemente baixa na área adjacente às admissões para evitar a formação de N0X, quer uma temperatura suficientemente elevada (í. e. taxa de combustão) nas áreas principais para evitar a formação de CO. Na técnica anterior, a temperatura das áreas de admissão irá, na prática, ser muito elevada se a temperatura da área principal for adequada, e se a temperatura das áreas de admissão for adequada, a temperatura da área principal fica muito baixa. Este problema é resolvido pela presente invenção ao adicionar-se o gás de combustão inerte reciclado, que funciona, parcialmente, como um fluido de arrefecimento e, parcialmente, como um diluente que reduz a concentração de oxigénio na câmara de combustão. Deste modo, torna-se possível manter uma elevada taxa de fornecimento de oxigénio para manter uma temperatura suficientemente elevada na área principal sem sobreaquecer as zonas de admissão. Isto proporciona uma outra vantagem dado que a adição de gás de combustão reciclado e ar fresco às zonas de combustão torna possível manter uma taxa de combustão global 10 rápida, i. e. grande capacidade de incineração sem perigo de sobreaquecer a zona de combustão.

Um problema comum dos incineradores é que a circulação de ar no interior da câmara de combustão é, frequentemente, suficientemente rápida para arrastar e transportar grandes quantidades de partículas, tais como cinzas volantes e poeira. Isto dá origem, como mencionado, a um teor elevado e inaceitável de cinzas volantes e poeira na circulação de gás em toda a instalação de incineração e faz com que seja necessário instalar equipamento de limpeza abrangente na saída dos gases de escape. 0 problema com as cinzas volantes é, consideravelmente, reduzido/eliminado pela filtragem dos gases de combustão evacuados e não queimados na primeira zona de combustão, enviando-os em contracorrente através de, pelo menos, uma parte dos resíduos sólidos não queimados no interior da câmara de combustão primária. Isto remove uma grande parte das cinzas volantes e outras partículas sólidas arrastadas pelo gás que deixa a primeira câmara de combustão e, deste modo, todas as câmaras de combustão subsequentes da instalação de incineração e, irá, por conseguinte, reduzir/eliminar muita da obrigação de limpeza dos gases de escape. Isto constitui uma solução muito eficiente e barata do problema com cinzas volantes e outras partículas sólidas nos gases de escape provenientes de incineradores.

Outra vantagem é que, dado que a maior parte das cinzas volantes fica retida na câmara primária, a instalação pode funcionar com exigências menos estritas no que se refere ao pré-tratamento dos resíduos sólidos. Os incineradores da técnica anterior satisfizeram, frequentemente, o problema das cinzas volantes esforçando-se por produzir menos cinzas volantes 11 utilizando pré-tratamento e/ou melhorando os resíduos através de, por exemplo, triagem, tratamentos químicos, adição de combustíveis hidrocarbónicos, acumulação de partículas sólidas em granulado, etc. Para incineradores de acordo com a invenção, todas estas medidas deixam de ser necessárias. Deste modo, pode fazer-se com que o manuseamento dos resíduos sólidos seja muito simples e eficaz em termos de custo. De um modo preferido, embalam-se ou empacotam-se os resíduos em grandes blocos que são embrulhados numa folha de plástico, tal como folha de polietileno (PE). Isto dá origem a fardos fáceis de manusear e inodoros que são fáceis de descarregar para a câmara de combustão.

Descrição pormenorizada da invenção A invenção irá, agora, ser descrita em mais pormenor, fazendo-se referência aos desenhos em anexo que mostram uma forma de realização preferida da invenção.

Como se pode ver nas Figs. 1 e 2, a forma de realização preferida de uma instalação de incineração de acordo com a invenção compreende uma câmara 1 de combustão primária, uma câmara 30 de combustão secundária com um ciclone (não mostrado), uma caldeira 40, um filtro 40, um sistema de tubos para reciclar e transportar gás de combustão, sistema de tubos para fornecer ar fresco e um meio para transportar e inserir os fardos de resíduos 80 sólidos compactados. 12 Câmara de combustão primária 0 corpo principal da câmara 1 de combustão primária (ver Figs. 1 - 3) tem a forma de um poço vertical com uma secção transversal rectangular. 0 poço assume dimensões crescentes na direcção descendente de modo a evitar o bloqueio do combustível. A parte superior do poço constitui um evacuador 2 estanque ao ar e à prova de fogo que permite inserir o combustível na forma de fardos 80 de resíduos sólidos urbanos, e é formada pela divisão de uma secção 5 da parte superior do poço pela inserção de uma escotilha 7 removível. A secção 5 irá, deste modo, formar uma câmara de evacuação superior confinada pelas paredes laterais, escotilha 6 de topo e escotilha 7 de fundo. A câmara 5 de evacuação está equipada com uma admissão 3 e saída 4 para gás de combustão reciclado. Além disso, existe uma escotilha 8 lateral que funciona como saída de segurança em caso de gerações ou explosões de gás violentamente descontroladas e inesperadas na câmara de combustão. O gás de combustão reciclado que entra pela admissão 3 é retirado pelo tubo 50 de escape e transportado pelo tubo 51 (ver Fig. 2) . O tubo 51 está equipado com uma válvula 52. A saída 4 está ligada a um tubo 54 de derivação que dirige o gás para uma junção 66 onde é misturado com gás de combustão reciclado e ar fresco a injectar na câmara de combustão primária. 0 funcionamento do evacuador 5 de combustível pode ser descrito do seguinte modo: Em primeiro lugar, a escotilha 7 de fundo e válvulas 52 e 53 estão fechadas. Em seguida, a escotilha 6 de topo é aberta e um fardo 80 de resíduos sólidos embrulhados em folha PE é descido através da abertura da escotilha de topo. O fardo tem uma secção transversal ligeiramente menor do que a do poço (quer na câmara 5 de evacuação, quer na câmara 1 de combustão) . Depois do fardo 80 ter sido colocado na câmara 5 de evacuação, a escotilha 6 de topo é fechada e as válvulas 52 e 53 13 são abertas (a escotilha 7 de fundo continua fechada). Em seguida, o gás de combustão reciclado irá circular para dentro do espaço vazio na câmara de evacuação e ventilar o ar fresco que tinha entrado na câmara durante a inserção do fardo 80 de combustível para o exterior. Por fim, a escotilha 7 de fundo é aberta para deixar o fardo de combustível deslizar no sentido descendente para a câmara I de combustão e a válvula S3 de saída é fechada para que o gás de combustão reciclado que entra através da admissão 52 seja dirigido no sentido descendente para dentro da câmara de combustão. A escotilha 7 de fundo irá, continuamente, tentar fechar a abertura, mas está equipada com sensores de pressão (não mostrados) que detectam, imediatamente, a presença de um fardo de resíduos na abertura e retraem a escotilha 7 de fundo para a posição de abertura. Deste modo, depois do fardo de combustível ter deslizado até a um nível logo abaixo da escotilha 7 de fundo, a escotilha de fundo irá ser fechada e o processo de evacuação pode ser repetido. Deste modo, o combustível é evacuado, de um modo organizado e suave, para a câmara de combustão com muito pouca perturbação do processo de combustão, dado que a câmara 1 de combustão está sempre preenchida com uma pilha contínua de combustível, e com um controlo praticamente a 100% de ar parasita. Isto reduz a um mínimo a probabilidade de explosões de gás descontroladas. No entanto, de modo a fragmentar uma obstrução eventual de resíduos sólidos na câmara de combustão primária, o processo de evacuação de combustível pode ser atrasado até que uma quantidade especificada do combustível sólido no interior da câmara 1 de combustão primária seja queimada até se formar uma folga satisfatória. Depois, o fardo seguinte de resíduos sólidos irá cair sobre a ponte/obstrução e fragmentá-la. Esta é uma solução muito prática que pode ser executada durante o funcionamento em 14 pleno da instalação dentro de limites de influência toleráveis do processo de combustão. A parte inferior da câmara 1 de combustão é estreitada pela inclinação das paredes 9 laterais longitudinais na direcção uma da outra, fazendo com que a parte inferior da câmara de combustão tenha a forma de um V truncado (ver Figs. 3 e 4). Um evacuador 10 de cinzas cilíndrico, longitudinal, horizontal e rotativo está localizado no fundo da câmara 1 de combustão a uma distância acima da linha de intersecção formada pelos planos das paredes 9 laterais inclinadas.

Um elemento 12 triangular e longitudinal está fixo à parede 9 lateral inclinada em cada lado do evacuador 10 de cinzas cilíndrico. Os elementos 12 triangulares e o evacuador 10 de cinzas cilíndrico irão, deste modo, constituir o fundo da câmara I de combustão e impedir que as cinzas ou quaisquer outras matérias sólidas caiam ou deslizem para fora da câmara de combustão. Restos de sólidos não combustíveis (cinza de fundo) irão, por conseguinte, acumular-se na área por cima dos elementos 12 triangulares e do evacuador 10 de cinzas. 0 evacuador 10 de cinzas cilíndrico está equipado com várias ranhuras 11 (ver Fig. 5) espalhadas pelo seu perímetro. Quando o cilindro 10 de evacuação de cinzas é posto em rotação, as ranhuras 11 irão ser preenchidas com a cinza de fundo quando estão viradas para a câmara de combustão e, subsequentemente, esvaziadas quando estão viradas para baixo. Deste modo, a cinza de fundo irá ser evacuada para fora e cair num tabuleiro 13 longitudinal vibratório localizado paralelamente ao cilindro 10 de evacuação de cinzas e afastado do mesmo. De modo a garantir um controlo absoluto do ar parasita, o evacuador 10 de cinzas e tabuleiro 13 vibratório são encapsulados por uma cobertura 14 15 estanque fixa à parte inferior das paredes laterais da câmara 1 de combustão primária. 0 evacuador de cinzas está equipado com um modo lógico de comando (não mostrado) que regula automaticamente a sua rotação. Um termopar 15 está fixo à parede lateral transversal acima do evacuador 10 de cinzas (ver Fig. 4) . O termopar mede continuamente a temperatura da cinza de fundo que se acumula no fundo da câmara I de combustão e fornece a temperatura ao modo lógico de comando do evacuador 10 de cinzas. O cilindro 10 de evacuação de cinzas é accionado por um motor eléctrico (não mostrado) que está equipado com sensores para monitorizar a rotação do cilindro 10. Quando a temperatura nas cinzas é arrefecida até 200 °C, o modo lógico de comando faz arrancar o motor e coloca o evacuador 10 de cinzas em rotação numa direcção opcional. Depois da velha cinza de fundo arrefecida ser removida e substituída por cinzas mais recentes, a temperatura da cinza de fundo irá aumentar desde que o evacuador de cinzas esteja a rodar. O modo lógico de comando irá interromper a rotação quando a temperatura atingir 300 °C. No caso do cilindro 10 de evacuação de cinzas ser parado, por exemplo, por blocos de restos sólidos na cinza de fundo que ficam bloqueados entre o cilindro 10 de evacuação e um elemento 12 triangular, o modo lógico de comando irá inverter a direcção de rotação do evacuador 10 de cinzas. Depois, o bloco irá, frequentemente, seguir a rotação do cilindro 10 até se encontrar com o outro elemento 12 triangular no lado oposto do cilindro 10. Se os blocos também ficarem bloqueados neste lado, o modo lógico de comando irá inverter, uma vez mais, a direcção de rotação. Esta rotação alternada do evacuador 10 de cinzas irá continuar até ser necessário. Muitos dos casos de blocos na cinza de fundo que são grandes demais para serem evacuados são restos de objectos 16 metálicos de maiores dimensões existentes nos resíduos que se tornaram quebradiços e frágeis devido às altas temperaturas na zona de combustão. Deste modo, o movimento alternado do evacuador 10 de cinzas irá, muito frequentemente, triturar os blocos até serem transformados em pedaços mais pequenos que irão ser evacuados para fora da câmara de combustão. Isto é, por exemplo, um modo eficiente de tratar os restos de fios de aço quando se queimam pneus de automóveis. Nalguns casos, os restos metálicos são de tal modo compactos que resistem ao movimento de trituração do cilindro 10 de evacuação de cinzas. Estes objectos devem ser retirados da câmara a intervalos regulares de modo a evitar o enchimento da câmara de combustão com material não combustível. O cilindro 10 de evacuação de cinzas é, por conseguinte, montado de modo resiliente para poder ser descido, quer manual, quer automaticamente, pelo modo lógico de comando de modo a remover estes objectos sólidos de uma forma eficiente e rápida sem interromper o funcionamento normal da câmara de combustão. O meio para fazer descer (não mostrado) o cilindro 10 de evacuação de cinzas é do tipo convencional conhecido por um especialista na técnica e não precisa de continuar a ser descrito. Deve salientar-se que, quando o cilindro 10 de evacuação de cinzas é descido, o controlo do ar parasita continua a ser mantido dado que todo o meio auxiliar para fazer descer e rodar o cilindro está localizado no interior da cobertura 14 vedante. Deste modo, não irá haver qualquer penetração de ar parasita desde que a cobertura 14 esteja fechada. Desta forma, o problema com ar parasita foi, praticamente, eliminado utilizando uma instalação de conversão de energia de acordo com a invenção, dado que, quer a admissão de combustível, quer a saída de cinzas, estão vedadas relativamente à atmosfera envolvente. 17 0 ar fresco e gás de combustão reciclado introduzidos na zona de combustão são inseridos através de uma ou mais admissões 16 localizadas nas paredes 9 laterais longitudinais inclinadas (ver Fig. 4-6). Na forma de realização preferida, empregaram-se 8 fileiras com 12 admissões 16 em cada parede 9 lateral, ver Fig. 5. 0 gás de combustão é retirado do tubo 50 de escape e é transportado pelo tubo 55 que se divide numa ramificação 55, para fornecer a segunda câmara 30 de combustão, e uma ramificação 57, para fornecer a câmara 1 de combustão primária (ver Fig. 2). O ar fresco é pré-aquecido por meio de um permutador 71 de calor que troca o calor proveniente do gás de combustão que deixa a caldeira 40, e transportado através do tubo 60 que se divide numa ramificação 61, para fornecer a câmara 30 de combustão secundária, e uma ramificação 62, para fornecer a câmara 1 de combustão primária. As ramificações 56 e 61 são unidas na junção 65, e as ramificações 57 e 62 são unidas na junção 66. Além disso, a ramificação 56 está equipada com uma válvula 58, a ramificação 57 com uma válvula 59, a ramificação 61 com uma válvula 63, e a ramificação 62 com uma válvula 64. Esta configuração torna possível regular, de modo independente, a quantidade e rácio de ar fresco e gás de combustão fornecidos a ambas as câmaras I e 30 de combustão, regulando/controlando, separadamente, as válvulas 58, 59, 63 e 64. Depois do ar fresco pré-aquecido e gás de combustão serem misturados nas junções 65 e 66, são enviados por meio do tubo 69 para as admissões 31 da câmara 30 de combustão secundária, e por meio do tubo 70 para as admissões 16 da câmara 1 de combustão primária, respectivamente. Os tubos 69 e 70 estão equipados com ventoinhas 67 e 68 para pressurizar a mistura de gás antes de ser inserida nas câmaras de combustão. Ambas as ventoinhas 67, 68 estão equipadas com meios de regulação (não mostrados) para regular/controlar a pressão de inserção da mistura de gás, e podem ser reguladas 18 independentemente uma da outra. Desta forma, o rácio ar fresco/gás de combustão pode ser regulado de modo a ter um rácio desde 0 até 100% de ar fresco, e a quantidade de mistura de gás inserida em ambas as câmaras 1 e 30 de combustão pode ser facilmente regulada para qualquer quantidade variando desde 0 até vários Nm3/hora.

Faz-se, agora, referência à câmara 1 de combustão primária. Como mencionado, a partir da Fig. 5 pode ver-se que as paredes 9 laterais longitudinais inclinadas estão equipadas com oito fileiras cada uma contendo doze admissões 16 na forma de realização preferida da invenção. No que se refere às Figs. 4-6, cada admissão 16 compreende um canal 17 anelar com um diâmetro de 32 mm e uma lança 18 coaxial com um diâmetro interno de 3 mm. Isto dá origem a uma secção transversal do canal 17 anelar que é, aproximadamente, 100 vezes maior do que para a lança 18. Deste modo, a pressão também decresce por um factor 100. A secção transversal relativamente grande do canal 17 anelar dá origem a uma corrente de admissão de baixa pressão com baixas velocidades de circulação, enquanto a lança 18 estreita dá origem a uma corrente de gás altamente pressurizada com velocidades de circulação elevadas. Além disso, todos os canais 17 anelares em cada fileira estão ligados e prolongam-se para o interior (através da parede 9 lateral inclinada) de uma secção 20 oca longitudinal que se estende, horizontalmente, no exterior da parede 9 lateral longitudinal inclinada. Cada canal anelar é formado por um orifício circular no revestimento 21 resistente ao fogo e na lança 18 que sobressai no centro do orifício. Deste modo, qualquer gás fornecido a uma secção 20 oca irá atravessar os canais 17 anelares numa fileira. Além disso, as fileiras estão ligadas, entre si, duas a duas (secções 20 ocas) em cada parede 9 lateral, para que cada fileira dupla constitua uma zona 19 de regulação. Além disso, cada zona de regulação está equipada com um meio de regulação (não mostrado) para regular/controlar a circulação e pressão de gás em ambas as secções 20 ocas de cada zona. As lanças 18 de cada fileira estão ligadas a e prolongam-se para o interior de uma secção 19 oca localizada no exterior da secção 20 oca do mesmo modo que os canais 17 anelares (a lança atravessa a secção 20 oca). As lanças 18 também estão organizadas em quatro zonas de regulação consistindo em duas fileiras contíguas em cada parede 9 lateral. Cada zona de regulação para as lanças está também equipada com um meio (não mostrados) para regular e controlar a corrente e a pressão de gás no interior das secções 19 ocas de cada zona. O rácio do gás que entra na câmara I de combustão através do canal 17 anelar e lança 18 pode ser regulado de modo a que o rácio varie desde 0 até 100% através da lança 18, independentemente, para cada zona de regulação. Esta configuração permite regular sem restrições o escoamento de gás para dentro da câmara de combustão primária em quatro zonas independentes (a regulação da corrente de gás é simétrica acima do plano central vertical na direcção A mostrada na Fig. 3) com qualquer caudal e com qualquer rácio da mistura de gás desde 100% de ar fresco até 100% de gás de combustão. Por exemplo, quando se inicia o funcionamento do incinerador, deve-se estabelecer uma zona de combustão controlada e estável tão cedo quanto possível. Isto pode ser realizado utilizando uma mistura de gás que consiste praticamente em ar puro e que é conduzida através das lanças 18 de modo a obter uma corrente de gás relativamente violenta nos resíduos sólidos de modo a obter um efeito de forja máximo. No início do processo de combustão, a energia térmica necessária é aplicada por um queimador 22 a óleo ou gás convencional localizado a uma distância acima do termopar 15 na parede 23 lateral (ver Fig. 4) . O queimador 22 só é activado no início e é desactivado quando a instalação atinge o 20 funcionamento normal. Numa fase posterior, quando a zona de combustão está quase estabelecida e as temperaturas atinqirem niveis relativamente elevados, o efeito de forja deve ser reduzido de modo a impedir um sobreaquecimento local. Isto pode ser realizado pela inserção do gás através dos canais anelares e adicionando-lhe gás de combustão de modo a reduzir velocidades de circulação de gás e diluir o teor em oxigénio no gás. Estas caracteristicas combinadas com a caracteristica de evacuar combustível para dentro e cinzas para fora da câmara de combustão proporciona um controlo excelente da circulação de oxigénio em toda a zona de combustão e elimina, praticamente, o problema do ar parasita. Além disso, a caracteristica de adicionar gás de combustão ao ar fresco permite fazer com que a instalação de incineração trabalhe com elevadas capacidades de incineração e temperaturas relativamente elevadas na zona principal, ao mesmo tempo que evita o sobreaquecimento de qualquer uma das partes da zona de combustão. Deste modo, é possível fazer com que a instalação de incineração trabalhe com elevadas capacidades, com baixos níveis de emissão, quer de CO, quer de N0X, ao contrário dos incineradores da técnica anterior. Outra vantagem da invenção é que a capacidade da instalação de incineração pode ser regulada, de um modo rápido e fácil, de acordo com variações na procura de energia, regulando a quantidade total de gás de combustão e ar fresco fornecido, e regulando as quantidades relativas de gás que são inseridas na câmara 1 de combustão através de cada zona de regulação. Desta forma, torna-se possível manter condições óptimas de temperatura na zona de combustão aferindo a produção de energia através da regulação da "dimensão" da zona de combustão.

A câmara de combustão primária está equipada com, pelo menos uma, mas, normalmente, pelo menos duas, saídas de gás. A 21 primeira saída 24 está localizada a uma distância acima do queimador 22 de gás na linha central vertical da parede 23 lateral, e a segunda saída 25 está localizada na mesma parede 23 lateral a uma distância relativamente grande acima da primeira saída 24 (ver Fig. 3 ou 4). A primeira saída 4 tem um diâmetro relativamente grande de modo a fazer sair os gases de combustão da câmara I de combustão primária com pequenas velocidades de circulação. As pequenas velocidades de circulação contribuem, valiosamente, para a redução de cinzas volantes arrastadas pelos gases de combustão. Além disso, as cinzas volantes também irão ser filtradas de modo a não seguirem com o gás de combustão quando atravessam os resíduos sólidos situados entre a zona de combustão e a saída 24. Estes efeitos são suficientes para reduzir o teor de cinzas volantes nos gases de combustão que saem da câmara de combustão primária para níveis aceitáveis quando a instalação é alimentada com resíduos sólidos de baixo valor térmico, mesmo que a saída 24 esteja localizada numa posição relativamente baixa da câmara de combustão, o que significa que os gases de combustão são filtrados através de quantidades relativamente pequenas de resíduos sólidos. A saída 25 de gás superior está fechada quando a saída 24 inferior é empregue durante a incineração de resíduos com baixos valores térmicos. A saída 24 está ligada ao tubo 26 que conduz os gases de combustão para a admissão 31 da câmara 30 de combustão secundária. Neste caso, a temperatura dos gases de combustão que saem da zona de combustão primária deve ser mantida na gama dos 700-800 °C. Esta temperatura é medida na saída 24 e enviada para o modo lógico de comando (não mostrado) que executa a regulação do escoamento de gás na câmara 1 de combustão primária.

No caso da queima de resíduos com valores térmicos elevados, existirá uma produção de gás muito maior na câmara de 22 combustão primária, o que dá origem a velocidades de circulação muito maiores dos gases de combustão. Isto faz com que seja necessário aumentar a capacidade de filtragem das cinzas volantes arrastadas nos gases de combustão. Neste caso, a saida 24 está fechada por meio da inserção de uma portinhola (não mostrada) e a saida 25 superior está aberta de modo a forçar os gases de combustão a deslocarem-se no sentido ascendente através de uma parte principal da câmara 1 de combustão primária e, desse modo, filtrar os gases de combustão por uma parte muito maior dos resíduos sólidos na câmara. A saída 25 está ligada ao tubo 27 que dirige os gases de combustão para o tubo 26. No entanto, devido à filtragem prolongada numa parte maior dos resíduos sólidos, os gases de combustão irão ser sujeitos a um maior grau de arrefecimento pelos resíduos sólidos. Deste modo, pode ser necessário inflamar os gases de combustão que circulam no tubo 27 antes de entrarem na câmara 30 de combustão secundária. Isto pode ser facilmente realizado equipando a portinhola que veda a saída 24 com um pequeno orifício. Em seguida, uma labareda irá sobressair da câmara 1 de combustão primária e penetrar no tubo 26 e inflamar os gases de combustão quando estes passam a caminho da admissão 31 da câmara 30 de combustão secundária.

Como mencionado, os gases de combustão quentes provenientes da zona de combustão na câmara I de combustão primária irão atravessar resíduos sólidos não queimados ao saírem da câmara de combustão primária. Em seguida, os gases de combustão irão transferir calor para os resíduos sólidos e aquecê-los previamente. O grau de pré-aquecimento irá variar, desde muito alto nos resíduos adjacentes à zona de combustão, até muito baixo para os resíduos situados mais acima na câmara de combustão. Deste modo, o processo de incineração na câmara de 23 combustão primária é uma mistura de combustão, pirólise e gaseificação.

As paredes interiores da câmara 1 de combustão primária, com excepção do cilindro 10 de evacuação de cinzas, estão cobertas por, aproximadamente, 10 cm de um material resistente ao calor e choques. É preferido empregar um material que é vendido sob o nome de BorgCast 85, que tem uma composição de 82-84% de A1203, 10-12% de Si02 e 1-2% de Fe203 .

Apesar da invenção ter sido descrita como um exemplo de uma forma de realização preferida contendo uma saida 24 inferior colocada à mesma altura que as admissões 16 superiores, a invenção pode, obviamente, ser realizada por incineradores nos quais podem existir saídas com outros diâmetros, a outras alturas e em que se utiliza, simultaneamente, mais do que uma saída. Prevê-se que, no caso de combustíveis com valores térmicos muito elevados, tais como, por exemplo, pneus de automóvel, a circulação de gás no interior da instalação seja tão elevada que a câmara 30 de combustão secundária não tenha a capacidade necessária para finalizar a combustão dos gases que saem da câmara de combustão primária. Neste caso, a instalação pode funcionar com duas câmaras de combustão secundárias fixadas horizontalmente, lado a lado, e a câmara de combustão primária possui duas saídas 24 que também estão localizadas lado a lado, e estas saídas 24 são fechadas com portinholas contendo, cada uma, um pequeno orifício, e o gás de combustão é retirado através da saída 25 que está ramificada, ligando-se a uma linha 26 de fornecimento para cada câmara 30 de combustão secundária. 24 Câmara de combustão secundária

No caso de incineração de combustíveis com baixos valores térmicos, é preferido empregar uma câmara 30 de combustão secundária, como representada nas Figs. 7 e 8. Nesta forma de realização, a câmara 30 secundária é construída numa só peça com o tubo 26 que conduz os gases de combustão desde a saída 24 da câmara 1 de combustão primária. O interior do tubo 26 está revestido com um material 28 resistente ao calor. O revestimento tem uma espessura de, aproximadamente, 10 cm e uma composição de 35-39% de A1203, 35-39% de Si02 e 6-8% de Fe203. A admissão para os gases de combustão na segunda câmara de combustão é marcada pela flange 33 na Fig. 7, enquanto o outro lado do tubo 26 está equipado com uma flange 29 que tem as mesmas dimensões que a flange 29A na saída 24 na câmara de combustão primária (ver Fig. 3). Deste modo, o tubo 26 e a câmara de combustão secundária são fixados à câmara I de combustão primária pelo aparafusamento da flange 29 à flange 29A. A câmara de combustão secundária também está equipada com admissões 31 para a mistura de gás pressurizada de ar fresco e gás de combustão reciclado. A forma de realização preferida destinada a combustíveis com baixos valores térmicos contém quatro admissões 31 (ver Fig. 7) . Cada uma destas está equipada com um meio (não mostrado) para regular a circulação de gás, pressão e rácio de ar fresco/gás de combustão, do mesmo modo que cada zona de regulação das admissões 16 de gás da câmara 1 de combustão primária. A câmara 30 de combustão secundária consiste num invólucro 32 cilíndrico de combustão que é afunilado ou estreitado na direcção da admissão 33 para os gases de combustão. Deste modo, a câmara de combustão é expandida de modo a diminuir a velocidade dos gases de combustão e, desse modo, 25 permitir obter maiores tempos de mistura e combustão na câmara. No interior do invólucro 32 de combustão, está localizado um segundo corpo 34 cilíndrico perfurado (ver Fig. 8) que está preparado para se encaixar no invólucro 32 de combustão, mas com um diâmetro de algum modo mais pequeno do que o diâmetro interno do invólucro 32 de combustão. 0 corpo cilíndrico está equipado com flanges 35 que sobressaem para o exterior e que também estão preparadas para se encaixarem no interior do invólucro 32 de combustão com exactamente o mesmo diâmetro externo que o diâmetro interno do invólucro 32. Deste modo, as flanges 35 irão formar paredes divisórias que dividem o espaço anelar confinado pelo invólucro 32 de combustão e o corpo 34 cilíndrico perfurado em canais anelares, Neste caso, existem três flanges 35 divisórias que dividem o espaço anelar em quatro câmaras, uma para cada admissão 31 de gás. Deste modo, o ar fresco e a mistura de gases de combustão pressurizados que são enviados através da admissão 31 irão entrar na câmara anelar confinada pelas flanges 35 divisórias, invólucro 32 de combustão e corpo 34 cilíndrico perfurado, e a partir daí vão circular através dos orifícios 36 para dentro de tubos 37 que conduzem o gás através do revestimento 28 que cobre o interior do corpo 34 cilíndrico (o revestimento não está incluído no desenho), onde são misturados com os gases de combustão quentes. Desta forma, obtém-se uma mistura dividida de modo uniforme e fino dos gases de combustão e da mistura de gás contendo oxigénio em quatro zonas reguladas separadamente. Isto proporciona um excelente controlo da combustão e das condições de temperatura no interior da câmara de combustão secundária. A temperatura no interior da câmara deve ser mantida a, aproximadamente, 1050 °C. é importante evitar temperaturas mais altas de modo a impedir a formação de NOx. 26

Um ciclone de gás está fixo à flange 38 na saida da câmara de combustão secundária de modo a proporcionar uma mistura turbulenta dos gases de combustão e gases contendo oxigénio de modo a facilitar e completar o processo de combustão. 0 ciclone também irá ajudar a reduzir o teor de cinzas volantes e outras partículas sólidas arrastadas na circulação de gás. 0 ciclone é do tipo convencional que é bem conhecido pelos especialistas na técnica e não precisa de continuar a ser descrito.

No caso de incineração de combustíveis com elevados valores térmicos, é preferido empregar uma segunda forma de realização da câmara de combustão secundária, como representado na Fig. 9. Neste caso, o gás de combustão é retirado da câmara de combustão primária pela saída 25 e transportado pelo tubo 27, no sentido descendente, para o tubo 26 no exterior da saída 24 fechada. A saída 24 está fechada por uma portinhola 39 que está equipada com um pequeno orifício na parte inferior, a partir do qual uma labareda 39A sobressai para o interior do tubo 26. A câmara 30 de combustão secundária está fixa ao tubo 26 e consiste, neste caso, num invólucro 31 de combustão cilíndrico que se afunila na direcção do tubo 26. Neste caso, não há qualquer corpo cilíndrico interno, em vez disso, as admissões 31 consistem em cilindros 31 perfurados que se estendem através do interior do invólucro 32 de combustão. A partir da Fig. 8, vê-se, na forma de realização preferida, que existem cinco admissões 31 estando a primeira colocada no tubo 26 e fornecendo os gases de combustão que entram provenientes do tubo 27 com a mistura de gás contendo oxigénio fornecida pelo tubo 69 antes da mistura de gases ser inflamada pela labareda 39A. Em seguida, os gases atravessam quatro cilindros 31 de admissão que estão alinhados uns em cima dos outros e recebem fornecimentos adicionais da mistura de gás contendo oxigénio. Como com a primeira forma de 27 realização preferida, esta forma de realização também disponibiliza um meio (não mostrado) para regular, separadamente, a composição e pressão da mistura de gás para cada admissão 31. Também existe, neste caso, um ciclone de gás fixo à saída da câmara de combustão, mas, neste caso, as velocidades da corrente de gás são suficientemente elevadas para proporcionar uma mistura turbulenta do gás de combustão e da mistura de gás fornecida, também na câmara de combustão secundária. As temperaturas na zona de combustão também devem, nesta forma de realização, ser mantidas a, aproximadamente, 1050 °C. A regulação da zona de combustão secundária é efectuada por modo lógico de comando (não mostrado) que regula todas as zonas 31 de admissão. O modo lógico de comando é, continuamente, alimentado com a temperatura, teor de oxigénio e quantidade total do gás que sai do ciclone de gás, e emprega a informação para regular a temperatura do gás de combustão para 1050 °C e um teor de oxigénio de 6%.

Equipamento auxiliar

Os gases de combustão irão ser transformados em gases de combustão quentes durante a permanência no ciclone de gás. Os gases de combustão irão ser enviados, desde o ciclone de gás, para uma caldeira 40 para transferir a sua energia térmica para outro elemento transportador de calor (ver Fig. 2). Subsequentemente, os gases de combustão são transportados para um filtro 43 de gás para reduzir ainda mais as cinzas volantes e outros poluentes no gás de combustão antes de serem descarregados na forma de gás de escape. Quer a caldeira 40, 28 quer o filtro de gás, estão equipados com tubos de derivação para o gás de combustão de modo a permitir desactivar a caldeira e/ou filtro durante o funcionamento das câmaras de combustão. A circulação de gás através da instalação é gerida pelas ventoinhas para pressurizar as admissões para ambas as câmaras de combustão e pela ventoinha 47 localizada no tubo 50 de escape. A última ventoinha 47 assegura uma boa corrente de ar através da instalação ao providenciar uma ligeira aspiração fazendo descer a pressão do gás. Todos os componentes deste equipamento auxiliar são convencionais e bem conhecidos pelos especialistas na técnica, e não é preciso continuar a descrevê-los.

Exemplo 1 A forma de realização preferida da invenção irá agora ser ilustrada mais detalhadamente disponibilizando-se um exemplo de incineração de resíduos urbanos vulgares classificados na Noruega como classe C. Os residuos são considerados como combustível com baixos valores térmicos. Deste modo, é a primeira forma de realização preferida da câmara de combustão secundária que é empregue e que é fixa à saída 24 de gás da câmara de combustão primária. A saída 25 superior de gás está fechada.

Os resíduos urbanos são compactados em grandes fardos com um volume de, aproximadamente, 1 m3 e, em seguida, embrulhados em folha de PE, sendo evacuados para o topo da câmara de combustão primária através do evacuador 5 com uma frequência que permite que a câmara de combustão primária esteja sempre preenchida com resíduos sólidos. Este é um pré-tratamento dos resíduos eficaz 29 em termos de custo e muito simples, quando comparado com os pré-tratamentos exigidos pelos incineradores convencionais. Quando o processo de incineração tiver sido estabelecido com uma zona de combustão estável, a mistura de gás que é conduzida para a câmara de combustão primária irá ser inserida através dos canais 17 anelares das admissões 16, e o teor de oxigénio na mistura de gás irá ser mantido a, aproximadamente, 10%. Esta concentração irá dar origem a um défice de oxigénio na zona de combustão. A temperatura nos gases de combustão que saem da câmara de combustão primária é mantida na gama de 700-800 °C, e a pressão do gás no interior da câmara de combustão primária é mantida a, aproximadamente, 80 Pa abaixo da pressão atmosférica envolvente. O teor de oxigénio na mistura de gases que é conduzida para a câmara 30 de combustão secundária , através das admissões 31 , é regulado de modo a que o escoamento total de gás seja de, aproximadamente, 2600 Nm3/MWh, tenha uma temperatura de, aproximadamente, 1050 °C, e um teor de oxigénio de, aproximadamente, 6%. A pressão no interior da câmara de combustão secundária é mantida a, aproximadamente, 30 Pa abaixo da pressão na câmara de combustão primária. De modo a garantir que as emissões de dioxinas e furano são mantidas a níveis extremamente baixos, há uma possibilidade de adicionar um adsorvente ao gás de combustão imediatamente depois deste sair da caldeira 40 e entrar no filtro 43. Estas características não são mostradas nas figuras nem foram discutidas na discussão anterior, dado que o método e meios para as concretizar também são convencionais e bem conhecidos pelos especialistas na técnica. Um adsorvente preferido é uma mistura de 80% de cal e 20% de carbono activado, e é fornecido numa quantidade de, aproximadamente, 3,5 kg por tonelada de combustível. 30

Utilizando os parâmetros anteriores, a instalação de incineração foi ensaiada pela companhia Norueguesa de classificação e verificação, Det Norske Veritas. A produção de energia foi de, aproximadamente, 2,2 MW. 0 teor de cinzas volantes e outros poluentes no gás de combustão que saia da instalação foi medido e é apresentado no Quadro 1 em conjunto com os limites de emissão oficiais para cada constituinte. Os limites de emissão oficiais são dados, quer para os limites actualmente válidos para instalações de incineração existentes, quer para os limites futuros, como proposto numa versão preliminar da EU, "Draft Proposal for a Council Directive on the Incineration of Waste", datada de 1 de Junho de 1999. A partir do Quadro 1 pode ver-se que a forma de realização preferida da invenção obtém valores de emissões que ficam, muito confortavelmente, abaixo da maior parte dos limites oficiais válidos para os actuais incineradores, por um factor de, pelo menos, 10 abaixo dos limites. Mesmo a maior parte dos limites futuros da EU, que se considera serem muito estritos, não constitui qualquer problema, com a possível excepção dos NOx, relativamente aos quais o valor ficou imediatamente abaixo do limite. Todos os outros parâmetros também ficam, muito confortavelmente, abaixo das limitações futuras. 31

Quadro 1. Emissão medida quando se incineram resíduos urbanos de grau C, de acordo com a classificação na Noruega. A emissão é comparada com os limites de emissão oficiais, actuais e futuros, na EU. Todas as unidades são em mg/Nm3 v/11% 02, com excepção de dioxinas e furanos que são em ng/Nm3 v/11% 02.

Composto Resultados Limites de emissão oficiais Actuais Futuros na EU Poeira 3 30 10 Hg 0,001 0,1 0,05 Cd. ti 0,004 0,05 Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu 0,03 0,5 Mn,Ni,V Cd 0,001 0,1 Pb,Cr,Cu,Mn 0,03 5 Ni, As 0, 002 1 HCI 5 50 10 HF <0,1 2 1 so2 1 300 50 nh3 2 - - NOx na forma de NO2 170 - 200 CO 1 - 50 TOC 1 20 10 Dioxinas e furanos 0,0001 2 0,1 A instalação foi recentemente modificada para que também a concentração de N0X no gás de combustão que sai do ciclone de gás fosse medida em conjunto com a concentração de oxigénio, temperatura e velocidade de circulação, e fosse enviada para o modo lógico de comando que regula as admissões 31 da câmara 30 32 de combustão secundária. 0 modo lógico de comando tem a liberdade de variar a concentração de oxigénio num intervalo desde 4 até 8%. Todos os outros parâmetros ficam inalterados. Com esta modificação, os ensaios levados a cabo mostraram que as emissões de N0X andam, tipicamente, em torno de 100 mg/Nm3 v/11% 02, mas atingiram niveis mais baixos até aos 50 mg/Nm3 v/11% 02. Os outros poluentes apresentados no Quadro 1 não foram afectados por esta modificação.

Também se deve salientar que, se os gases de combustão forem emitidos sem tratamento com adsorvente, os níveis de emissão de dioxinas e furanos andarão na ordem dos 0,15-0,16 ng/Nm3 v/11% 02, que ficam bem abaixo dos actuais limites de emissão. Deste modo, a presente invenção pode, actualmente, ser empregue sem esta característica.

Exemplo 2

De modo a fazer com que a forma de realização preferida da invenção, tal como dada anteriormente, seja adequada para manusear resíduos tóxicos ou qualquer outra forma de resíduos especiais, em que as cinzas devem receber um tratamento separado das cinzas vulgares resultantes dos resíduos urbanos, prevê-se incluir uma câmara de pirólise localizada na corrente de gases de combustão que saem da segunda câmara 30 de combustão. Aí, os gases de combustão atingirão uma temperatura de 1000-1200 °C que é suficientemente elevada para decompor a maior parte dos compostos orgânicos e muitos inorgânicos. A câmara de pirólise e concepção do tubo 4 de gases de combustão contendo a câmara de pirólise são convencionais e bem conhecidas por um especialista 33 na técnica e não precisam, por conseguinte, de continuar a ser descritas.

Uma câmara de pirólise separada faz com que seja possível separar os resíduos especiais da corrente principal de resíduos e decompô-los na câmara de pirólise, para que as cinzas resultantes dos resíduos especiais possam ser separadas das cinzas da parte principal dos resíduos e, deste modo, evitar que o volume principal de cinzas deva ser tratado como resíduos especiais. Isto é benéfico para casos em que os resíduos especiais são tóxicos, para cremação de animais de estimação ou outras aplicações em que as cinzas devem ser detectáveis, etc.

Os vapores e gases provenientes da câmara de pirólise podem, subsequentemente, ser conduzidos para a câmara de combustão primária e, deste modo, entrar na circulação principal dos gases de combustão.

Lisboa, 2 de Agosto de 2007 34

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Método de conversão, por incineração, do conteúdo energético em resíduos sólidos noutros vectores de energia, em que o incinerador compreende uma câmara de combustão primária e, pelo menos, uma adicional, em que a câmara de combustão primária incinera os resíduos sólidos enquanto a, pelo menos uma, câmara de combustão adicional termina o processo de combustão através da combustão dos gases de combustão que saem da primeira câmara de combustão, caracterizado por - a circulação de oxigénio na câmara de combustão primária e na, pelo menos uma, câmara de combustão adicional ser estritamente controlada pela regulação, separadamente, da circulação de ar fresco no interior de cada câmara de combustão em, pelo menos, uma zona regulada separadamente, e assegurando que a totalidade das câmaras de combustão são estanques ao gás relativamente à atmosfera envolvente de modo a eliminar a penetração de ar parasita nas câmaras, - as temperaturas na câmara de combustão primária e na, pelo menos uma, câmara de combustão secundária serem estritamente controladas, além da regulação da circulação de oxigénio, pela adição de uma quantidade regulada de gás de combustão reciclado ao ar fresco que está a ser conduzido para cada uma das câmaras em cada uma das, pelo menos uma, zonas reguladas separadamente, 1 - os gases que saem da zona de combustão na câmara de combustão primária serem conduzidos através de, pelo menos, uma parte do conteúdo de resíduos sólidos da câmara de combustão primária antes dos gases saírem da câmara de combustão primária, e - os gases de combustão e gases de combustão não queimados provenientes da zona de combustão serem filtrados antes de os gases entrarem dentro de, pelo menos uma, câmara de combustão adicional, enviando-os em contracorrente através da, pelo menos, uma parte dos resíduos sólidos não queimados no interior da câmara de combustão primária.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se empregar uma câmara de combustão primária 1 e secundária 30, e por a regulação da quantidade de oxigénio e do grau de adição de gás de combustão reciclado ser efectuada em, pelo menos, duas admissões 16 ou 31 independentes, ou em, pelo menos, dois grupos independentes de admissões 16 ou 31 da câmara de combustão primária e da câmara 30 de combustão secundária, respectivamente.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a regulação da quantidade de oxigénio e do grau de adição de gás de combustão reciclado ser efectuada em quatro grupos independentes de admissões 16 ou 31 da câmara 1 de combustão primária e da câmara 30 de combustão secundária, respectivamente.
4. Método de acordo com as reivindicações 1-3, caracterizado por a câmara de combustão primária ser alimentada com 2 resíduos sólidos urbanos que são compactados e embrulhados numa folha plástica para formar fardos inodoros.
5. Método de acordo com as reivindicações 1-3, caracterizado por a câmara de combustão primária ser alimentada com resíduos sólidos urbanos não tratados.
6. Método de acordo com as reivindicações 2-5, caracterizado por, quando se obtém uma zona de combustão estável na câmara 1 de combustão primária durante a queima de resíduos com baixos valores térmicos, a adição e quantidade de ar fresco e gás de combustão reciclado que são conduzidos para a câmara 1 de combustão primária serem reguladas de modo a obter-se uma concentração média de 10% vol. de oxigénio dos gases de entrada adicionados e uma temperatura na gama dos 700 a 800 °C dos gases de combustão que saem da câmara de combustão primária, e a adição e quantidade de ar fresco e gás de combustão reciclado que são conduzidos para a câmara 30 de combustão secundária serem reguladas de modo a ganhar um excedente médio de oxigénio de 6% vol., uma temperatura de 1050 °C e um escoamento total de gás de, aproxima damente, 2600 Nm3/MWh dos gases de combustão que saem da câmara de combustão secundária.
7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a concentração de NOx no gás de combustão que sai da segunda câmara 30 de combustão ser monitorizado, e por a adição e quantidade de ar fresco e gás de combustão reciclado que 3 são inseridos na câmara 30 de combustão secundária serem, além disso, reguladas de modo a permitir que o excedente médio de oxigénio nos gases de combustão que saem da câmara de combustão secundária varie num intervalo desde 4 a 8% vol., ao mesmo tempo que se mantém a temperatura e o escoamento total de gás como na reivindicação 5 com o objectivo de minimizar o teor de NOx no gás de combustão.
8. Método de acordo com as reivindicações 2-7, caracterizado por a câmara 30 de combustão secundária estar equipada com, pelo menos, um ciclone de gás de modo a misturar, turbulentamente, os gases de combustão com a mistura de gás injectada de gás de combustão reciclado e ar fresco e, desse modo, obter uma combustão completa dos gases de combustão.
9. Método de acordo com as reivindicações 4-7, caracterizado por os resíduos sólidos na forma de fardos 80 serem evacuados de um modo estanque ao ar para a câmara 1 de combustão primária por um evacuador 5, e por a cinza de fundo ser evacuada para fora da câmara de combustão primária através de um evacuador 10 que está encapsulado e vedado por uma cobertura 14.
10. Método de acordo com as reivindicações 1-9, caracterizado por os vapores e gases resultantes da câmara de pirólise poderem, subsequentemente, ser conduzidos para a câmara de combustão primária e, deste modo, entrarem na circulação principal dos gases de combustão.
11. Dispositivo para converter, por incineração, a energia de resíduos sólidos noutros vectores de energia, em que o 4 dispositivo compreende uma câmara de combustão primária ligada a, pelo menos, uma câmara de combustão adicional, pelo menos um ciclone, uma unidade para transferir a energia térmica dos gases de combustão para outro vector de calor, um filtro de gás, um sistema de transporte para fornecer e adicionar ar fresco e gás de combustão reciclado às câmaras de combustão, caracterizado por - a câmara de combustão primária ser concebida como um poço vertical com uma secção transversal rectangular e que é estreitada pela inclinação da parte inferior das paredes 9 laterais longitudinais na direcção uma da outra para que a parte inferior do poço apresente uma forma de V truncado, por a parte superior do poço constituir um evacuador 5 estanque ao ar para evacuar o combustível na forma de fardos 80 de resíduos sólidos compactados, por a forma de V truncado das paredes 9 laterais longitudinais individuais terminar num evacuador 10 de cinzas para remover a cinza de fundo, por o evacuador 10 de cinzas ser vedado relativamente à atmosfera envolvente por uma cobertura 14 estanque ao ar ligada ao poço vertical, por cada uma das paredes 9 laterais longitudinais inclinadas estar equipada com, pelo menos, uma admissão ou grupos interligados de admissões 16 para inserção da mistura de ar fresco e gás de combustão reciclado adicionados, e por, pelo menos, uma parede 23 lateral do poço vertical estar equipada com, pelo menos, uma saída 24 ou 25 para os gases de combustão que se formam na câmara de combustão primária, 5 - a, pelo menos uma, admissão, ou grupo interligado de admissões 16, estar equipada com um meio para regular, separadamente, o escoamento total de gás e o grau de adição de ar fresco e gás de combustão reciclado através de cada admissão ou grupo interligado de admissões, - pelo menos uma saida 24 estar ligada a uma câmara 30 de combustão adicional, - a, pelo menos uma, câmara 30 de combustão adicional estar equipada com, pelo menos, uma admissão 31 para injectar a mistura de ar fresco e gás de combustão reciclado adicionados, e - cada uma das, pelo menos uma, admissões 31 estar equipada com um meio para regular, separadamente, o escoamento total de gás e o grau de adição de ar fresco e gás de combustão reciclado.
12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por, quando a incineração é alimentada com resíduos sólidos com baixos valores térmicos, se empregar uma câmara 30 de combustão adicional que está fixada, directamente, a uma saída 24 da câmara de combustão primária, e por a câmara de combustão secundária compreender um invólucro 32 de combustão cilíndrico e um corpo 34 cilíndrico perfurado e adaptado que é inserido no invólucro 32, e que está equipado com, pelo menos, uma flange 35 que sobressai para o exterior para que o corpo 34 cilíndrico e o invólucro 32 formem canais anelares que são conectados às admissões 31. 6
13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por, quando a incineração é alimentada com resíduos sólidos com valores térmicos elevados, - se empregar uma câmara 30 de combustão adicional que está ligada à saída 24 através de um tubo 26, - a saída 24 ser vedada por uma portinhola 39 que está equipada com um pequeno orifício para que uma labareda sobressaia no interior do tubo 26, os gases de combustão serem conduzidos desde a câmara primária através da saída 25 na parte superior da câmara de combustão primária e até ao interior do tubo 26, e - a câmara 30 de combustão secundária compreender um invólucro 32 cilíndrico que está equipado com, pelo menos, um cilindro perfurado que se estende de modo transversal e que constitui a admissão 31.
14. Dispositivo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por se empregar mais do que uma câmara de combustão secundária que está, cada uma, ligada a uma saída 24 por meio de um tubo 26, e por todos os tubos 26 estarem ligados à saída 25.
15. Dispositivo de acordo com as reivindicações 11-13, caracterizado por o evacuador 10 de cinzas ter a forma de um cilindro horizontalmente longitudinal situado entre um elemento 12 longitudinal triangular, na extremidade inferior de cada uma das paredes 9 laterais inclinadas, e 7 por o cilindro estar equipado com, pelo menos, uma ranhura 11 para que a cinza de fundo seja evacuada para fora quando o cilindro 10 é rodado.
16. Dispositivo de acordo com as reivindicações 11-13, caracterizado por cada saida activa da câmara de combustão primária estar equipada com um meio para medir a temperatura dos gases de combustão que saem da câmara de combustão primária, e por a saída de cada uma da, pelo menos uma, câmara de combustão adicional estar equipada com um meio para medir o escoamento total de gás, temperatura, teor de oxigénio e teor de NOx do gás de combustão que sai da, pelo menos uma, câmara de combustão adicional.
17. Dispositivo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por - o meio para medir a temperatura do gás de combustão que sai da câmara de combustão primária estar ligado a um meio para regular a adição e escoamento de gás do ar fresco e gás de combustão reciclado misturados que são inseridos através da, pelo menos uma, admissão 16, e - o meio para medir a temperatura, escoamento de gás, teor de oxigénio e teor de NOx no gás de combustão que sai da câmara de combustão secundária estar ligado a um meio para regular a adição e escoamento de gás do ar fresco e gás de combustão reciclado misturados que são inseridos através da, pelo menos uma, admissão 31. 8
18. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 11-17, caracterizado por uma câmara de pirólise para decompor resíduos especiais estar localizada no tubo 41 para conduzir o gás de combustão que sai da segunda câmara 30 de combustão para a caldeira 40. Lisboa, 2 de Agosto de 2007 9