PT1869307E - Sistema integrado de energia de biomassa - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "SISTEMA INTEGRADO DE ENERGIA DE BIOMASSA"

Este pedido reivindica a prioridade do pedido de patente provisória dos Estados Unidos com o número de série 60/670,565, dos mesmos titulares, apresentado em 12 de Abril de 2005, intitulado "Integrated Biomass Energy System,", de Elliot R. Gary e Joseph P. Reynolds. Há uma série de indústrias que geram grandes quantidades de biomassa. Dois desses exemplos são as industrias dos produtos florestais e as indústrias agrícolas. Por exemplo, nas indústrias dos produtos florestais, são geradas grandes quantidades de biomassa, incluindo a serradura, a casca, os galhos, os ramos, e outros resíduos de madeira. Da mesma forma, no sector agrícola industrial, cada ciclo de cultivo resulta em grandes quantidades de biomassa, incluindo o bagaço, o sabugo de milho, casca de arroz, e as aparas pomar e vinha. Resíduos adicionais de biomassa que são produzidos incluem a lama e o esterco. Apesar das grandes quantidades que são produzidas, estes resíduos de biomassa podem ser facilmente utilizados.

Para aliviar os problemas associados à eliminação de biomassa, a biomassa tem sido usada até agora para geração de energia. Além disso, como a biomassa é um recurso renovável e porque a biomassa liberta o mesma quantidade de carbono para a atmosfera como faz quando se decompõe naturalmente, o uso da biomassa para a geração de energia pode resolver vários problemas com os combustíveis fósseis convencionais. 2

Um técnica que foi desenvolvida para o uso biomassa para geração de energia é a gaseificação. No caso da gaseificação, a biomassa é convertida num gás combustível, que pode então ser usado para gerar electricidade, por exemplo numa turbina a gás. No entanto, quando empregue num sistema de energia em pequena escala (por exemplo, menos do que cerca de 10 mega watts), estas técnicas de gaseificação tipicamente têm menor eficiência térmica e maiores custos de capital e operacionais do que os sistemas de turbinas de às de aquecimento directo discutidos mais abaixo. Da mesma forma, as técnicas que utilizam combustíveis sólidos como a biomassa para geração de vapor também têm normalmente menor eficiência térmica e maiores custos de capital e operacionais do que os sistemas de turbinas de gás de aquecimento directo discutidas a seguir.

Como uma alternativa para a gaseificação e para a geração vapor têm também sido utilizados sistemas de energia que geram electricidade alimentando turbinas a gás, que utilizam combustíveis sólidos, tais como a biomassa. Os sistemas de alimentação de gás da turbina que operam com combustíveis sólidos podem ser concebidos quer como sistemas de aquecimento indirecto quer como sistemas de aquecimento directo. Estes sistemas normalmente têm vários componentes primários, incluindo um compressor de ar, um forno ou uma câmara de combustão, uma turbina e um gerador eléctrico. O gerador eléctrico e o compressor de ar são movidos pela energia gerada pela expansão da ar comprimido quente através da turbina. Este ar quente comprimido para a expansão na turbina é gerado comprimindo o ar no compressor e no aquecimento do ar comprimido resultante com energia térmica gerada pelo forno ou pelo incinerador.

Em sistemas de aquecimento indirecto, o forno ou o incinerador normalmente funcionam como uma unidade 3 funcional separada de uma unidade funcional contendo o compressor de ar e a turbina. Esta concepção para o aquecimento indirecto protege a turbina a gás dos efluentes corrosivos e das partículas de matéria tipicamente presentes nos gases quentes de escape de um forno ou de um incinerador no sector da biomassa por meio de um permutador de calor de alta temperatura. Num permutador de calor de alta temperatura, as condutas que contêm o ar comprimido do compressor podem ser colocadas na proximidade das condutas de gases altamente aquecidos provenientes do forno ou da câmara de combustão, resultando em troca de calor dos gases quentes de escape para o ar comprimido. Este ar aquecido e comprimido, em seguida, movimenta a turbina que por sua vez acciona o compressor de ar e o gerador eléctrico. Para além do aumento dos custos de capital e dos custos operacionais, estes sistemas de queima indirecta têm menor eficiência térmica que o sistema de aquecimento directo.

Nos sistemas de aquecimento directo, o combustível sólido é queimado num incinerador de pressão e os gases aquecidos de efluentes a partir da combustão são evacuados directamente para a turbina. 0 incinerador é parte de uma unidade integrada pressurizada que inclui tanto o compressor como a turbina. Em muitos casos, os equipamentos de limpeza de gás podem ser empregues entre a câmara de combustão e a turbina para reduzir a entrada de efluentes corrosivos e partículas de material para a turbina. 0 leitor vai ser mais esclarecida quanto ao estado da técnica com referência à publicação US4724780. Características comuns às invenções definidas nas reivindicações independentes deste documento do documento dos Estados Unidos 4724780 são indicados na porção pré-caracterizante das reivindicações independentes. 4

Com o objectivo de aliviar, pelo menos, alguns dos a problemas técnicos associados com a técnica anterior a presente invenção fornece um método de operação de um incinerador ciclónico e um incinerador ciclónico de acordo com as reivindicações independentes. Outros aspectos da invenção são especificados nas reivindicações dependentes.

Breve descrição dos desenhos

Para uma melhor compreensão da invenção e para mostrar como a mesma pode ser posta em prática, será feita referência agora, a titulo de exemplo, aos desenhos em anexo nos quais: A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um exemplo de sistema integrado de energia de biomassa, de acordo com uma forma de realização da presente invenção. A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um exemplo de sistema de entrada de combustível e de um sistema de alimentação sob pressão. A Figura 3 é uma ilustração esquemática de um exemplo de sistema de entrada de combustível e de um sistema de alimentação sob pressão. A Figura 4 é uma ilustração esquemática de um exemplo de incinerador. A Figura 5 é uma vista em corte transversal da entrada de alimentação tomada ao longo da linha 5-5 da Figura 4. A Figura 6 é uma vista em corte transversal da entrada de ar tomada ao longo da linha 6-6 da Figura 4. 5 A Figura 7 é uma vista em corte transversal da entrada de ar tomada ao longo das linhas 7-7 da Figura 4. A Figura 8 é uma ilustração esquemática de um exemplo de incinerador. A Figura 9 é uma ilustração esquemática de um exemplo de incinerador de acordo com uma forma de realização da presente invenção. A Figura 10 é uma ilustração esquemática de um exemplo de incinerador que contém um separador ciclónico de cinzas de acordo com uma forma de realização da presente invenção.

Descrição Detalhada A Figura 1 ilustra esquematicamente um novo sistema de turbina de gás pressurizado de alimentação directa por biomassa. Esse sistema de turbina de gás pressurizado alimentado por biomassa pode ser particularmente adequado para sistemas de alimentação de pequena escala, por exemplo, para a geração de menos de cerca de 10 mega watts e, em alguns exemplos, na faixa de entre cerca de 0,5 e cerca de 10 mega watts. O sistema apresentado na Figura 1 geralmente inclui um sistema de alimentação de pressão 100, uma câmara de combustão 110, um separador de cinzas ciclónico 120, uma turbina de gás 130 e um gerador 140. As partículas de biomassa são fornecidas ao sistema de alimentação 100 pressurizado substancialmente à pressão atmosférica. Um exemplo de sistema de alimentação de pressão 100 será descrito em detalhe com respeito às Figuras 2 e 3. O sistema de alimentação pressurizado 100 fornece partículas de biomassa à câmara de combustão 110 substancialmente à pressão de funcionamento da câmara de combustão 110 através da linha de alimentação de 6 combustível pressurizado 102. Exemplos da câmara de combustão 110 estão descritos em mais detalhe em relação às Figuras 4 e 8-10.

As partículas de biomassa fornecidas ao sistema de alimentação de pressão podem incluir uma fonte adequada de biomassa, incluindo, serradura, cascas, galhos, ramos, e outras resíduos de madeira, bagaço de cana, sabugo de milho, casca de arroz, pomar e guarnições de videira, estrume, lamas e suas combinações. De preferência, as partículas de biomassa fornecidas ao sistema de alimentação pressurizado compreendem uma biomassa à base de madeira. As partículas de biomassa fornecidas para a alimentação pressurizada do sistema devem ter um tamanho de partícula adequado para ciclónica combustão, por exemplo, as partículas de biomassa podem ser dimensionadas de modo que elas tenham uma dimensão maior inferior a cerca de 3 milímetros ("mm"). Além disso, as partículas de biomassa também devem ter um teor de humidade adequado para a combustão ciclónica, por exemplo, as partículas de biomassa podem ser secas para que eles tenham um teor de humidade inferior que cerca de 30% e, de preferência, um teor de humidade compreendido entre cerca de 8% e cerca de 16%. Os que se encontrem familiarizados com a técnica podem, de um modo geral, ter requisitos de alimentação diferentes (Por exemplo, tamanho, humidade, etc.) do que outros tipos de combustão. O leitor deve notar que todas as pressões indicadas são pressões manométricas, ou seja, as pressões acima da pressão atmosférica.

As partículas de biomassa são queimadas na câmara de combustão 110 sob pressão, por exemplo, a uma pressão de funcionamento de cerca de 276 kPa (40 psig) a cerca de 2069 7 kPa (300 psig), em alguns exemplos, entre cerca de 345 e cerca de 1517 kPa (50-220 psig), e, em alguns exemplos, entre cerca de 690-1379 kPa (100-200 psig). A combustão ciclónica das partículas de biomassa produz partículas de cinza e um gás de combustão quente, sob pressão, por exemplo, a uma temperatura na faixa de cerca de 982 a 1538°C (1800-2800°F) e, em algumas formas de realização, no intervalo de entre cerca de 1204 e 1316°C (2200-2400°F). Num exemplo a câmara de combustão 110 opera a cerca de 1034 kPa (150 psig) e a cerca de 1149°C (2100°F) . O ar comprimido também é fornecido à câmara de combustão 110 por meio de uma linha de ar comprimido de alimentação 112. O ar comprimido deve ser fornecido à câmara de combustão 110 de forma a promover um movimento ciclónico no interior da câmara de combustão 110. Por exemplo, conforme ilustrado pelas Figuras 6 e 7, o ar comprimido pode ser fornecido à câmara de combustão 110 tangencialmente. Além de fornecer oxigénio suficiente para a combustão, uma quantidade suficiente de ar comprimido também deve ser fornecida à câmara de combustão 110 para diluir o gás de combustão de modo que tenha uma temperatura adequada para ser usada na turbina de gás 130, por exemplo, uma temperatura inferior a cerca de 1204°C (2200°F), e, num exemplo, no intervalo de cerca de 816 a 1204°C (1500-2200°F). O gás de combustão e as cinzas em partículas produzidas pela queima da biomassa são então fornecidas ao separador de cinzas ciclónicas 120. O separador de cinzas ciclónico 120 utiliza forças centrífugas para separar as partículas de cinza do gás de combustão. Preferencialmente, pelo menos cerca de 50% das partículas de cinza podem ser separados do gás de combustão. Aqueles que tenham conhecimentos comuns na técnica podem reconhecer que o separador de cinzas 8 ciclónica 120 devem separar pelo menos uma parte (e de preferência pelo menos uma parte substancial) das maiores partículas de cinzas (por exemplo, maiores do que cerca de 10 micra) do gás de combustão, mas não podem separar uma parte separada substancial das menores partículas de cinza (por exemplo, menos do que cerca de 1 micron). Por exemplo, em pelo menos cerca de 80% (de preferência, pelo menos cerca de 90%) de partículas de cinza maiores do que cerca de 10 micra podem ser separados a partir do gás de combustão. Um exemplo de um colector cinzas ciclónicas 120 integrado com câmara de combustão 110 é descrito em maior detalhe em relação à Figura 10. O gás de combustão do separador ciclónico de cinzas 120 é então fornecido então à turbina de gás 130, que compreende a secção de turbina 131 e a secção de compressor 132. A expansão dos gases de combustão através de secção de turbina 131 fornece energia mecânica para accionar a secção de compressor 132. A expansão do gás de combustão através da secção da turbina 131 também fornece a energia mecânica necessária para accionar o gerador 140 para gerar energia eléctrica. Como mostrado na Figura 1, a turbina de gás 130 pode ter um único veio 133 para que tanto a seção da turbina 131 como a secção do compressor 132 possam ser impulsionadas por uma única turbina. Como alternativa, embora não ilustrado na secção da turbina 131, poderá ser compreendido por dois eixos operacionais que funcionam a diferentes velocidades de rotação do veio, por exemplo, um primeiro veio (não ilustrado) pode ser usado para impulsionar a secção de compressor 132 e um segundo veio (não ilustrado), pode ser usado para alimentar o gerador 140. A turbina de gás 130 pode ser qualquer turbina de gás adequada. Por exemplo, a turbina de gás 130 pode ser uma 9 turbina de gás em que o queimador foi substituído por uma câmara de combustão 110. Além disso, a turbinas a gás 130 pode ter qualquer uma de entre uma variedade de relações de pressão, por exemplo, turbinas a gás apropriadas para o uso podem ter relações de pressão no intervalo de cerca de 8:1 a cerca de 20:1. Além disso, a turbina de gás 130 pode ser capaz de um aquecimento duplo, em que a turbina de gás pode ser accionada através de um combustível auxiliar, por exemplo, gás, propano ou um combustível líquido. Os auxiliares de combustível podem ser usados, por exemplo, quando o sistema de alimentação de pressão 100 e/ou os sistemas de entrada de combustível 200, 300 (como mostrado nas Figuras 2 e 3) não estão a funcionar como um quando ou um ou ambos os sistemas estão em manutenção. A secção do compressor 132 assimila o ar através da entrada de ar 134. A secção de turbina do compressor 131 impulsiona a secção de compressor 132 para comprimir o ar e produzir um fluxo de ar comprimido 135. Um motor auxiliar (não ilustrado) pode ser usado para impulsionar a seção de compressor 132 durante a inicialização do sistema. Uma primeira porção do fluxo de ar comprimido 135 pode ser fornecida à câmara de combustão através da linha de alimentação de ar comprimido 112. Uma segunda porção 136 de fluxo de ar comprimido 135 da secção compressor 132 pode transmitir as partículas de biomassa a partir de sistema de alimentação de pressão 100 para a câmara de combustão 110 na linha de alimentação de combustível pressurizado 102. Conforme o necessário para uma aplicação particular, um segundo compressor (não ilustrado) pode ser usado para compactar ainda mais esta segunda porção 136. Além disso, conforme o necessário para uma determinada aplicação, a segunda porção 136 do fluxo de ar comprimido 135 da secção compressor 132 pode ser arrefecido por um permutador de 10 calor (não descrito) para evitar a combustão das partículas de biomassa antes de entrarem na câmara de combustão 110. O fluxo de escape 137 obtido pela expansão do gás de combustão através da secção de turbina 131 pode estar na, ou próximo da, pressão atmosférica e a uma temperatura compreendida entre cerca de 316-649°C (600-1200°F) e, em alguns exemplos, entre cerca de 482-538°C (900-1000°F). Como desejado para uma determinada aplicação, o fluxo de escape 137 pode ser usado para directamente ou indirectamente fornecer energia térmica para uma determinada aplicação. Por exemplo, a corrente de escape 137 pode ser usada para gerar vapor, aquecer outro fluido que pode ser utilizado para efeitos de aquecimento, para o pré-aquecimento das partículas de biomassa e/ou para secar as partículas de biomassa. Como mostrado na Figura 1, o fluxo de escape 137 pode ser passado através da unidade de recuperação de calor 150 (por exemplo, um permutador de calor), de modo a fornecer energia térmica para uma aplicação desejada. Da unidade de recuperação de calor 150, a corrente de escape 152 sai do sistema através da pilha 160 .

Referindo-se agora à Figura 2, um exemplo de sistema de alimentação pressurizado 100 e um exemplo de um sistema de entrada de combustível 200 são esquematicamente ilustrados. O sistema de entrada de combustível 200 fornece partículas secas e captadas de biomassa ao sistema de alimentação pressurizada 100. O sistema de entrada de combustível 200 geralmente compreende um alimentados de entrada 210 que pode receber partículas de biomassa a partir de uma ou mais fontes (por exemplo, camiões, vagões, sistemas de transportadores, silos de armazenagem, silos, etc.) O transportador de biomassa 220 movimenta as partículas de biomassa a partir do alimentador de entrada 210 para a 11 entrada da entrada da câmara 230 substancialmente a pressão atmosférica. O transportador de biomassa 220 pode ser qualquer dispositivo adequado para movimentar as partículas de biomassa para a câmara de entrada 230, por exemplo, o transportador de biomassa 220 pode ser um transportador de rosca.

Podem ser usados métodos alternativos para fornecer combustível captado e seco ao sistema de alimentação pressurizado 100. Por exemplo, a Fiqura 3 mostra esquematicamente um sistema de entrada de combustível alternativo 300. O sistema alternativo de entrada de combustível 300 é semelhante ao sistema de entrada de combustível 200 mostrado na Figura 2, com excepção de que o sistema de combustível alternativo inclui ainda o transportador de transferência 310, o equipamento de dimensionamento 320, o equipamento de secagem 330, e o silo de armazenamento de biomassa 340. A biomassa em bruto é fornecida ao sistema de combustível alternativo 300 no qual a biomassa em bruto é dimensionada e seca para produzir partículas de biomassa adequadas para a combustão na câmara de combustão 110.

Como mostrado na Figura 3, uma ou mais fontes podem fornecer biomassa em bruto ao funil de entrada 210. O transportador de transferência 310, em seguida, move a biomassa em bruto a partir do alimentador de entrada 210 para o equipamento de dimensionamento 320. Como uma alternativa a um sistema de transportador, uma pá carregadeira ou outro equipamento adequado pode ser usado para mover a biomassa em bruto para o equipamento de dimensionamento 320. O equipamentos de dimensionamento 320 poderá incluir qualquer equipamento adequado para reduzir o tamanho da biomassa em bruto a um tamanho adequado para a combustão ciclónica, por exemplo, tendo uma dimensão maior 12

inferior a cerca de 3 mm. Por exemplo, o equipamento de dimensionamento 320 poderá incluir equipamentos de esmagar, moedores, e/ou pulverizadores. As partículas de biomassa produzidas pelo equipamento de dimensionamento 320 são em seguida transferidas para o equipamento de secagem 330. O equipamento de secagem 330 pode incluir qualquer equipamento adequado para a redução do teor de humidade das partículas de biomassa a um nível adequado para a combustão ciclónica, por exemplo, um teor de humidade de menos de cerca de 30%. Um exemplo de um equipamento de secagem adequado 330 pode incluir um secador de tipo de tambor giratório com motores eléctricos. Como discutido acima, o calor recuperado da corrente de escape 137 pode ser usado directamente ou indirectamente para fornecer pelo menos uma parte do calor necessário para os equipamentos de secagem 330. Embora não seja mostrado na Figura 3, o equipamento de separação pode ser usado para remover materiais que não sejam combustível (por exemplo, metais ocasionais) a partir da biomassa em bruto antes de fazer a alimentação no equipamento de dimensionamento 320 e no equipamento de secagem 330. Quando as partículas de biomassa são secas no equipamento de secagem 330, as partículas de biomassa reduzidas e secas são movidas para o silo de armazenamento de biomassa 340. As partículas de biomassa podem ser movidas para o silo de armazenamento biomassa 340 com qualquer metodologia adequada, por exemplo, podem ser transportados pneumaticamente. O silo de armazenamento de biomassa 340 pode ser um silo fechado com uma capacidade suficiente para uma determinada aplicação. Por exemplo, o silo de armazenamento de biomassa 340 pode ter capacidade suficiente para armazenar até 24 horas de requisitos de alimentação da turbina de gás pressurizada alimentada com biomassa de alimentação directa de modo a que o funcionamento do sistema não seja interrompido devido a uma indisponibilidade temporária de biomassa em bruto. O 13 transportador de biomassa 220 move as partículas de biomassa do silo de armazenamento de biomassa 340 para a câmara de entrada 230 substancialmente à pressão atmosférica.

Embora não seja mostrado na Figura 3, em certas forma de realização, por exemplo, quando a biomassa em bruto compreende galhos de árvores (por exemplo, até cerca de 30, 48 cm (12 polegadas) de diâmetro), o equipamento de dimensionamento 320 pode incluir uma operação de esmagamento para reduzir a biomassa em bruto a um tamanho adequado para o uso no equipamento de secagem 330. Nestas forma de realização, a seguir ao equipamento de secagem 330, equipamentos de dimensionamento adicionais (não representados) (por exemplo, um moinho, um pulverizador, etc.) podem ser usados para reduzir ainda mais o tamanho da biomassa em bruto a um tamanho adequado para a combustão ciclónica na câmara de combustão 110. O sistema de alimentação pressurizada 100 é esquematicamente ilustrado pelas Figuras 2 e 3. Em geral, o sistema de alimentação pressurizado 100 recebe partículas de biomassa substancialmente à pressão atmosférica e intorduz as partículas de biomassa na câmara de combustão 110 sob pressão. O sistema de alimentação pressurizado geralmente inclui a câmara de entrada 230, a câmara de transferência 240, a câmara de alimentação 250, e a válvula rotativa 260. As válvulas 242, 244 e o compressor de ar 270 permitem a transferência das partículas de biomassa a partir da câmara de entrada 230 à pressão atmosférica para alimentar a câmara 250 a uma pressão maior do que a pressão de operação da câmara de combustão 110. A primeira válvula 242 está posicionado na entrada da câmara de transferência 240 e segunda válvula 244 está 14 posicionada na descarga da câmara de transferência 240. Apesar de não serem representadas nas Figuras 2 e 3, cada uma das válvulas 242, 244 pode ser electricamente controlada por uma válvula de solenoide. Quando aberta, a primeira válvula 242 permite que as partículas de biomassa na câmara de entrada 230 se desloquem para a câmara de transferência 240. Quando aberta, a segunda válvula 244 permite que as partículas de biomassa na câmara de transferência 240 se desloquem para a câmara de alimentação 250. Para manter a pressão na câmara de alimentação 250, a primeira válvula 242 deve ser fechado quando a segunda válvula 244 está aberta. O movimento das partículas de biomassa da câmara de entrada de 230 para a câmara de transferência 240 e, em seguida, para a câmara de alimentação 250 em geral utiliza as forças gravitacionais. As válvulas 242, 244 podem ser qualquer válvula adequada, capaz de manter o diferencial de pressão entre a câmara de transferência 240 e a câmara de alimentação 250 ao mesmo tempo que descreve ciclos, uma vez por minuto, ou até com mais frequência. Por exemplo, as válvulas 242, 244 podem ser válvulas de portas deslizantes. A válvula de ar 276 permite a pressurização da câmara de transferência 240 a uma pressão maior do que a pressão de funcionamento da câmara de combustão 110 através da introdução de ar comprimido do reservatório de ar 274 através da linha de ar 278. O reservatório de ar 274 é alimentado com ar comprimido do compressor de ar 270 através da conduta 272. A válvula 246 permite a despressurização da câmara de transferência 240, por exemplo, até à pressão atmosférica. A câmara de alimentação 250 inclui o misturador 252 (por exemplo, um misturador de pás, um misturador de fitas, ou outro equipamento de mistura adequado) para evitar (ou 15 reduzir) a aglomeração de partículas de biomassa e para facilitar a movimentação das partículas de biomassa para a válvula rotativa 260. A válvula rotativa 260 fornece partículas de biomassa sob pressão da câmara de alimentação 250 para a linha de alimentação pressurizada de combustível 102. A válvula rotativa 260 deve ser construída e disposta para alimentar quantidades variáveis de partículas de biomassa com base nas necessidades de funcionamento da câmara de combustão 110 por meio de um motor de velocidade variável (não representado). A válvula rotativa 260 é, adicionalmente, construído e disposta de modo a minimizar as pulsações de combustão na câmara de combustão 110 através da descarga de menores quantidades de partículas de biomassa possíveis dentro do limitações impostas pelas características do fluxo gravimétrico das partículas de biomassa. As características de fluxo gravimétrico das partículas de biomassa são optimizadas pela acção de agitação do misturador 252 antes da entrada da válvula rotativa 260. A válvula rotativa 260, em seguida, aceita as partículas de biomassa em bolsas especialmente projectadas, escalonadas em toda a largura da válvula rotativa. A velocidade de rotação das bolsas da válvula controla a quantidade de partículas de biomassa entregues na linha de alimentação de combustível pressurizado 102. A quantidade mínima de partículas em cada bolsa de válvula facilita o mais possível a administração de partículas de biomassa na câmara de combustão 110 com um mínimo de pulsações. Apesar de não ser representada nas Figuras 2 e 3, a válvula rotativa 260 pode ser montada dentro de um vaso de pressão para que possa operar sob pressão, por exemplo, a uma pressão superior à pressão da câmara de combustão 110. Em uma forma de realização, a válvula rotatória 260 opera em cerca de 150 psig. 16 0 sistema de alimentação pressurizada 100 pode ser usado para proporcionar um abastecimento continuo de partículas de biomassa à câmara de combustão 110. Durante o funcionamento, o transportador de biomassa 220 fornece partículas de biomassa para a câmara de entrada de 230. O fluxo de partículas de biomassa para a câmara de transferência 240 é controlado pela primeira válvula 242. A primeira válvula 242 pode ser aberta para a transferência de partículas de biomassa da câmara de entrada 230 para câmara de transferência 240. Para manter a pressão na câmara de alimentação 250, a segunda válvula 244 deve ser fechada quando as partículas de biomassa estão a ser transferidas para a câmara de transferência 240. Uma vez que as partículas de biomassa foram transferidas para câmara de transferência de 240, a primeira válvula 242 fecha-se e a câmara de transferência 240 é pressurizada. A pressurização câmara de transferência 240, válvula de ar 276 é aberta e o ar comprimido do reservatório de ar 274 é introduzido na câmara de transferência 240. A câmara de transferência 240 deve ser pressurizado a uma pressão maior do que a pressão de funcionamento da câmara de combustão 110. A segunda válvula 244 pode então abrir-se para movimentar as partículas de biomassa sob pressão da câmara de transferência de 240 para a câmara de alimentação 250. A câmara de alimentação 250 é geralmente mantida sob pressão para facilitar a transferência das partículas de biomassa para a câmara de combustão 110. Por exemplo a câmara de alimentação 250 pode ser mantida a uma pressão maior do que a pressão de operação da câmara de combustão 110. Para manter a pressão na câmara de alimentação 250, a primeira válvula 242 deve permanecer fechada durante a transferência das partículas de biomassa para a câmara de alimentação 250. Após a transferência de partículas de biomassa para a alimentação da câmara 250, a segunda válvula 244 pode ser 17 fechada, e a câmara de transferência de 240 pode ser despressurizada até à pressão atmosférica através da abertura da válvula 246. O ciclo pressão na câmara de transferência de 240 desde a pressão atmosférica até um valor superior à pressão da câmara de combustão 110 pode ser repetido a cada minuto ou ainda mais frequentemente. No entanto, este ciclo de pressão pode também ocorrer com menos frequência do que uma vez por minuto. A transferência de partículas de biomassa para a câmara de transferência 240 pode então ser repetida. Este ciclo pode variar de acordo com uma série de factores, incluindo o volume das partículas de biomassa, a capacidade da câmara de transferência 230 e da câmara de alimentação 240, e a velocidade de fluxo desejada das partículas de biomassa para a câmara de combustão 110. A válvula rotativa 260 deve fornecer continuamente as partículas de biomassa sob pressão da câmara de alimentação 250 para a linha de alimentação de combustível pressurizado 102. A segunda parte 136 do fluxo de ar comprimido 135 da secção do compressor 110 pode transportar as partículas de biomassa a partir do sistema de alimentação de pressão 100 para a câmara de combustão 110 na linha de alimentação de combustível pressurizado 102. As partículas de biomassa devem ser fornecidas à câmara de combustão 110 a uma velocidade suficiente para atender os requisitos operacionais da câmara de combustão 110 para que a potência desejada a partir da turbina de gás 130 possa ser alcançados. Apesar de não ser representado nas Figuras 2 e 3, um compressor de ar (como o compressor 270 ou um segundo compressor de ar) pode ser usado para transportar as partículas de biomassa a partir do sistema de alimentação de pressão 100 para a câmara de combustão 110 na linha de alimentação de combustível sob pressão 102. Este compressor 18 de ar pode ser utilizado no lugar do, ou em combinação com o, gás pressurizado da secção de compressor 110.

Os que detiverem conhecimentos medianos na técnica, com o beneficio desta divulgação, vão entender que sistemas de alimentação pressurizados alternativo podem ser usados para fornecer partículas de biomassa à câmara de combustão 110 sob pressão, desde que partículas de biomassa suficientes possam ser fornecidas para atender aos requisitos de operação da câmara de combustão 110. A Figura 4 ilustra esquematicamente um exemplo de incinerador ciclónico 400 para a combustão pressurizada de partículas na câmara de combustão de biomassa 110. Tal como é descrito na Figura 4, o incinerador ciclónico 400 compreende geralmente um invólucro metálico externo 410, um forro de combustão 420 formando uma câmara de combustão substancialmente cilíndrica 110. O incinerador ciclónico 400 inclui ainda uma entrada de alimentação de biomassa 414 formada através do forro de combustão 420 para receber as partículas de biomassa a partir do sistema de alimentação sob pressão 100 através da linha de alimentação de combustível pressurizado 102. Para a saída dos gases de combustão e das cinzas em partículas produzidas dentro da câmara de combustão 110 provenientes da queima das partículas de biomassa, o incinerador ciclónico compreende ainda a saída da câmara de combustão 416. Além disso, uma pluralidade de ventaneiras ar 430A, 430B, 430c, etc., estão organizadas para a introdução de ar comprimido na câmara de combustão 110. A cobertura externa 410 pode ter uma forma geral cilíndrica. O exterior de metal da caixa de combustão envolve o forro 420 de modo a definir a câmara de ar de alimentação 412 entre o revestimento externo 410 e o forro 19 de combustão 420. O forro de combustão 420 pode ter uma forma geralmente cilíndrica e define uma câmara de combustão 110. O forro de combustão 420 deve incluir um material que é adequado para o funcionamento condições da câmara de combustão 110. Em algumas formas de realização, os materiais podem ser adequados para temperaturas até cerca de 1649°C (3000°F). Exemplos de materiais adequados incluem os materiais refractários e os metais. A câmara de combustão 110 recebe partículas de biomassa para combustão através da entrada de alimentação de biomassa 414 numa extremidade da câmara de combustão 110. A alimentação de biomassa de entrada 414 é formada por um invólucro 410 e o forro de combustão 420. Como ilustrado na Figura 5, a entrada de alimentação de biomassa 414 deve ser formada com uma componente tangencial com relação ao eixo longitudinal do forro de combustão 420. Este arranjo promove o movimento ciclónico das partículas de biomassa na câmara de combustão 110. A ventaneira 430a fornece ar comprimido que dispersa as partículas de biomassa fornecidas à câmara de combustão 110. Na câmara de combustão 110, as partículas de biomassa são arrastadas a uma velocidade tangencial maior que cerca de 24,4 metros por segundo (m/s) (80 pés por segundo (pé/s)) e, em alguns exemplos, na faixa de cerca de 30,5-61,0 m/s (100-200 m/s). A câmara de combustão 110, em geral, compreende três zonas diferentes, ou seja, a zona de ignição 402, a zona de combustão 404, e a zona de diluição 406. Estas três zonas são dispostas longitudinalmente ao longo do eixo da combustão câmara de 110 com a zona de ignição 402 em uma extremidade da câmara de combustão 110 e a zona de diluição 406 na outra extremidade da câmara de combustão 110. A zona de combustão 404 está localizado entre a zona de ignição 402 e a zona de diluição 406. 20

Na câmara de combustão 110, as partículas de biomassa são queimadas para produzir partículas de cinza e um gás quente de combustão sob pressão. As partículas de biomassa entram na câmara de combustão 110 na zona de ignição 402. Na zona de ignição 402, as partículas de biomassa devem ser incineradas. Uma quantidade suficiente de ar comprimido deve ser fornecida à zona de ignição 402 através das ventaneiras de ar 430a, 430b, 430c para inflamar as partículas de biomassa e facilitar pelo menos a combustão parcial das partículas de biomassa. Uma quantidade subestequiométrica de ar comprimido pode ser fornecida à zona de ignição 402 através das ventaneiras ar 430a, 430b, 430c, para que as partículas de biomassa e oxigénio no ar comprimido reajam numa combustão subestequiométrica. A combustão subestequiométrica pode ser desejada, em alguns exemplos, para controlar a temperatura da chama das partículas de biomassa de modo a reduzir a formação de óxidos de azoto provenientes da combustão das partículas de biomassa.

As partículas de biomassa e os produtos da combustão passam da zona de ignição 402 para a zona de combustão 404 onde a combustão das partículas de biomassa é concluída. Para além de fornecer uma quantidade suficiente de ar comprimido para a combustão, o ar comprimido fornecido à zona de combustão 404 através das ventaneiras de ar 430d, 430e, 430f, 430g, 430h também dilui os produtos de combustão.

Depois de passar pela zona de combustão 404, os produtos da combustão entram na zona de diluição 406. Uma quantidade suficiente de ar comprimido deve ser fornecida à zona de diluição 404 através de ventaneiras de ar 430i, 430j, 430K, 4301 para completar a diluição dos produtos da combustão. A diluição completa dos gases de combustão deve facilitar o arrefecimento dos gases de combustão até uma temperatura 21 adequada para o uso na turbina de gás 130, por exemplo, menos do que cerca de 1204°C (2200°F) e, em alguns

exemplos, no intervalo de cerca de 816-1204°C (1500-2200°F). A conclusão da diluição na câmara de combustão 110 pode ser desejada, por exemplo, quando o incinerador 400 inclui ainda separador de cinzas ciclónico 120, conforme ilustrado na Figura 10. O gás de combustão e as cinzas em partículas provenientes produzidas a partir da combustão das partículas de biomassa saem da zona de diluição 404 através de uma saída da câmara de combustão 416. A saída da câmara de combustão 416 pode estar localizada na extremidade oposta da câmara de combustão 110 relativamente à entrada da alimentação de biomassa 414.

Como discutido acima, o ar comprimido necessário para a combustão das partículas de biomassa e de diluição dos produtos de combustão é fornecido à câmara de combustão 110 por meio de uma pluralidade de ventaneiras de ar 430a, 430b, 430c, etc. formadas através do forro de combustão 420. As aberturas de ventaneira em geral podem ter uma forma cónica (estreitando em direcção à câmara de combustão), e uma relação aparente de comprimento/largura superior em proporção a aproximadamente 2:1 e, em alguns exemplos, compreendida no intervalo de 3:1 a 5:1. Como ilustrado pelas Figuras 6 e 7, as ventaneiras ar 430a, 430b, 430c, etc. devem ser formadas com uma componente tangencial com relação ao eixo longitudinal do forro de combustão 420. Esta disposição promove o movimento ciclónico dentro da câmara de combustão 110. O ar comprimido é geralmente fornecido através da pluralidade de ventaneiras de ar 430a, 430b, 430c, etc., a uma velocidade tangencial superior a cerca de 30,5 m/s (100 pés/s) e, em alguns exemplos, compreendida dentro do intervalo de entre cerca de 33,5-45,7 m/s (110-150 pés/s). As ventaneiras de ar 430a, 430b, 430c, etc., estão em comunicação com a 22 alimentação de ar da câmara 412, que é fornecido com ar comprimido através da linha de ar comprimido de alimentação 112 a partir de secção do compressor 132. A linha de alimentação de ar comprimido 112 fornece o ar comprimido para câmara de ar 412 de alimentação através da entrada de ar 418 formada através do revestimento externo 410.

As ventaneiras de ar 430a, 430b, 430c, etc., devem ser construído e arranjados para fornecer o ar necessário em cada zona da câmara de combustão 110. As filas que contêm pelo menos uma de entre uma pluralidade de ventaneiras ar 430a, 430b, 430c, etc., são qeralmente espaçadas ao lonqo do comprimento do forro de combustão 420 no intervalo de entre cerca de 2 filas e cerca de 20 ou mais filas. Num exemplo, há 12 filas espaçadas ao longo do comprimento do forro de combustão 420. Num exemplo, 4 filas na zona de ignição 402, 5 filas na zona de combustão 404, e 3 filas na zona de diluição 406. Cada fila pode conter de entre 1 a cerca de 20 ou mais ventaneiras de ar distribuídas no mesmo plano. Como indicado nas Figuras 4-10, as ventaneiras de ar 430a, 430b, 430c, etc., podem estar organizadas com um padrão escalonado, em que pelo menos uma ventaneira em cada fila é deslocada em 90° ao longo da circunferência do forro de combustão 420 em relação à fila anterior. Por exemplo, as ventaneiras de ar 430b podem ser deslocadas 90° ao longo do eixo longitudinal do forro de combustão 420 em relação às ventaneiras de ar 430c.

Além disso, cada uma de entre a pluralidade de ventaneiras de ar 430a, 430b, 430c, etc., pode ter o mesmo tamanho ou ser de tamanhos diferentes como desejado para uma determinada aplicação. Por exemplo, as ventaneiras de ar 430a, 430b, 430c, etc., na mesma fila e/ou zona podem ser de tamanhos iguais ou diferentes, conforme desejado para uma determinada aplicação. O tamanho da ventaneira de ar 23 pode ser ajustado para controlar o fluxo de ar nas zonas da câmara de combustão 110 e assim controlar a temperatura da chama das partículas de biomassa. Como desejado, a temperatura da chama pode ser ajustada para reduzir a formação de óxidos de azoto a partir da combustão. Em algumas formas de realização, pelo menos uma ventaneira de ar em cada fila pode aumentar de tamanho ao longo do comprimento do forro de combustão 420 a partir da entrada da alimentação de biomassa 414. Em um exemplo, as ventaneiras de ar 430a, 430b, 430c, etc., podem aumentar de tamanho linear. Apesar de não estarem ilustradas na Figura 4, as ventaneiras de ar 430b seriam maiores do gue a ventaneira de ar 430a, a ventaneiras de ar 430c seria maior do que a ventaneira de ar 430b com as ventaneiras de ar 430i, 430j, 430k, 4301 a serem as maiores ventaneiras de ar no forro de combustão 420. Em algumas forma de realização, a ventaneiras de ar 430a, 430b, 430c da zona de ignição 402 e as ventaneiras de ar 430d, 430e, 430f, 430g, 430h de zona de combustão 404 podem aumentar em tamanho ao longo do eixo longitudinal da câmara de combustão 110 a partir de linha de alimentação de biomassa 414. Por exemplo, as ventaneiras 430d, 430e, 430f, 430g, 430h da zona de combustão 404 podem ser maiores do que a maior das ventaneiras de ar na zona de ignição 402. Os furos na zona de diluição 406 podem ser os mesmos ou maiores do que a maior das ventaneiras de ar na zona de ignição 402 e na zona de combustão 404.

Quem detiver conhecimentos medianos na técnica vai reconhecer que a modelagem computacional de fluidos pode ser usada para determinar o tamanho ideal das ventaneiras de ar, a velocidade tangencial do ar comprimido, o número de ventaneiras de ar em cada zona da câmara de combustão, 110, e a quantidade de ar comprimido fornecido a cada zona.

O incinerador 400 pode ainda incluir o queimador 440. O 24 queimador 440 pode operar com um combustível auxiliar, tal como o gás natural, o propano, ou um combustível líquido. O queimador 440 pode ser utilizado durante o arranque do incinerador 400 para aquecer o forro de combustão 410 a uma temperatura suficiente para inflamar as partículas de biomassa e/ou para inflamar as partículas de biomassa durante um período de tempo desejado durante a inicialização. O queimador 440 pode ser dimensionado somente para a inicialização, ou, alternativamente, o queimador 440 podem ser dimensionado para permitir a transferência completa através do sistema, de modo a que a saída do gerador eléctrico 140 possa permanecer constante, por exemplo, quando o fornecimento de partículas de biomassa partículas possa ser limitado. Num exemplo, o queimador 440 é capaz de aquecer directamente uma turbina a gás, como seja a turbina de gás 130. A Figura 8 ilustra esquematicamente um incinerador ciclónico alternativo 800. O incinerador ciclónico 800 é semelhante ao incinerador ciclónico 400 apresentado na Figura 4, excepto que o incinerador ciclónico 800 compreende uma pluralidade de plenos de ar de alimentação 810, 820, 830 definidos entre o compartimento exterior 410 e o forro de combustão 420. A pluralidade de plenos de ar de alimentação 810, 820, 830 é separada por uma pluralidade de deflectores 840, 850. Cada uma de entre a pluralidade de plenos de alimentação de ar 810, 820, 830 está em comunicação com pelo menos uma de entre a pluralidade de ventaneiras de ar 430. Por exemplo, a primeira câmara 810 está em comunicação com as ventaneiras de ar 430a, 430b, 430c. As ventaneiras de ar 430a, 430b, 430c, etc., são alimentadas com ar a partir da linha de ar comprimido de alimentação 112 através dos plenos de alimentação de ar 810, 820, 830. Cada um de entre a pluralidade de plenos de alimentação de ar 810, 820, 830 comunicar com uma parcela 25 respectiva 112a, 112b, 112c da linha de ar comprimido de alimentação 112 a partir de secção do compressor 132. De acordo com as necessidades operacionais de cada zona da câmara de combustão 110, o fornecimento de ar comprimido a em cada uma de entre a pluralidade de plenos de ar de alimentação 810, 820, 830 é controlado por uma pluralidade de válvulas de 860, 870, 880, respectivamente. Por exemplo, a válvula 860 deve controlar a alimentação de ar comprimido para a zona de ignição 402 da câmara de combustão 110 para garantir um fornecimento suficiente de ar comprimido para inflamar as partículas de biomassa. A válvula 870 deve controlar o fornecimento de ar comprimido na zona de combustão 404 da câmara de combustão 110 para garantir um fornecimento suficiente de ar comprimido para queimar completamente as partículas de biomassa e começar a diluição dos produtos de combustão. A válvula 880 deve controlar o fornecimento de ar comprimido para a zona de diluição 406 da câmara de combustão de 110 para assegurar um fornecimento suficiente de ar comprimido para diluir completamente os produtos de combustão. A Figura 9 ilustra esquematicamente um incinerador ciclónico 900 de acordo com a invenção. O incinerador ciclónico 900 é semelhante ao incinerador ciclónico 800 descrito na Figura 8, excepto que incinerador ciclónico 900 compreende ainda um revestimento intermédio 910 tendo de um modo geral um formato cilíndrico entre o revestimento externo 410 e o forro de combustão 420. O pleno de arrefecimento 920 é definido entre o revestimento externo 410 e o forro de combustão 420. O ar comprimido da secção de compressor de ar entra no pleno de arrefecimento 920 através da alimentação de ar comprimido 112 e é pré-aquecido por intermédio de calor radiante da câmara de combustão 110, arrefecendo assim a câmara de combustão 110. Após ser pré-aquecido, o ar comprimido entra no tubo 930 26 que se divide em três porções 930a, 930b, 930c. Cada um de entre a pluralidade de plenos de ar de alimentação 810, 820, 830 comunica com uma porção respectiva 860, 870, 880 para que o ar seja fornecido a uma zona respectiva da zona de combustão 110 através de ventaneiras de ar 430. De acordo com os requisitos operacionais de cada zona da câmara de combustão 110, o ar comprimido fornecido a cada um de entre a pluralidade de plenos de alimentação de ar 810, 820, 830 é controlado por uma pluralidade de válvulas 860, 870, 880, respectivamente. A Fiqura 10 ilustra esquematicamente outro incinerador ciclónico 1000 de acordo com a invenção. O incinerador ciclónico 1000 é semelhante ao incinerador ciclónico 900 apresentado na Figura 9, excepto que o incinerador ciclónico 1000 inclui ainda um separador ciclónico de cinzas 120 e um conjunto de transição 1010. Em geral, separador de cinzas ciclónico 120 compreende um elemento bloqueador 1020, uma abertura de partículas de cinzas 1030 formada entre elemento bloqueador 1020 e o forro de combustão 420, e uma passagem de recolha de cinzas 1040 em comunicação com a câmara de combustão 110, através da abertura de partículas de cinzas de 1030.

Na saída da zona de diluição 406 da câmara de combustão 110, é fornecido um elemento de estrangulamento 1020 de localização central com uma abertura 1022 no mesmo. A abertura 1022 no elemento bloqueador 1020 pode ser geralmente de forma cilíndrica ou ter qualquer outra forma adequada. Por exemplo, a abertura 1022 pode ser feita de um modo geral com um formato não circular. A abertura 1022 deve ter uma área em corte transversal menor do que a da câmara de combustão 110. Por exemplo, a abertura 1022 pode ter uma área em corte transversal compreendida entre cerca de 80% e cerca de 90% da secção transversal da área da 27 câmara de combustão 110. Se desejado, o elemento bloqueador 1020 pode ser revestido com um material (por exemplo, um material ou metal refractário) que é adequado para as condições de funcionamento da câmara de combustão 110. A abertura de partículas de cinzas 1030 situa-se entre o elemento bloqueador 1020 e o forro de combustão 420. A abertura das cinzas em partículas 1030 pode prolongar-se de entre 90° e cerca de 180° ao longo da circunferência da metade inferior do forro de combustão 420. A passagem de recolha de cinzas 1040 está em comunicação com a câmara de combustão 110 através da abertura de partículas de cinzas 1030. O conjunto de transição 1010, geralmente deve ser construído e disposto para minimizar a transferência de forças do incinerador ciclónico 1000 para a turbina a gás 130. Em geral, o conjunto de transição 1010 compreende um invólucro exterior 1050 e o revestimento interno 1060 formando uma câmara de combustão substancialmente de forma cilíndrica de passagem de gás de combustão 1070. A cobertura externa 1050 pode ter uma forma geral cónica com a extremidade mais larga adjacente à câmara de arrefecimento 110. Alternativamente, o revestimento externo 1050 pode ter um formato cilíndrico ou pode até não ser de forma circular. O revestimento exterior 1050 envolve o revestimento interno 1060 de modo a definir um pleno de arrefecimento 1080 entre o revestimento externo 1050 e o revestimento interno. O conjunto de transição 1010 deve ser construído e disposto de forma a que o arrefecimento do pleno 1080 do conjunto de transição 1010 está em comunicação com o pleno de refrigeração 920 do incinerador ciclónico 1000. Embora não representado na Figura 10, o invólucro 1050 de montagem de transição 1010 pode ser 28 acoplado ao compartimento exterior 410 do incinerador ciclónico exterior 1000 utilizando uma qualquer metodoloqia adequada, por exemplo, uma orla aparafusada pode ser utilizada para liqar o compartimento exterior 1050 ao compartimento exterior 410.

Uma câmara de combustão de formato substancialmente cilíndrico de passaqem de qás 1070 composto por uma entrada e por uma saída definida pelo revestimento interno 1060. Alternativamente, a passagem de gás de combustão 1070 pode ter qualquer outra forma adequada, por exemplo, não circular. A passagem do gás de combustão 1070 pode ser reduzida a partir do separador cinzas de separação ciclónico 120 para a saída do conjunto de transição de montagem 1090, para que a tomada da passagem de gás de combustão em 1070 tenha uma menor área em corte transversal do que a de entrada. O conjunto de transição 1010 deve ser construído e disposto de modo a que a passagem de gás de combustão 1070 esteja em comunicação com a câmara de combustão 110 através da abertura 1022 no elemento de estrangulamento 1020 de separador de cinzas ciclónico 120.

Durante o funcionamento, devido ao movimento ciclónico e à alta velocidade tangencial dos gases de combustão e das partículas de cinzas na câmara de combustão 110, são nela geradas forças centrífugas. Como resultado das forças centrífugas, as partículas de cinza giram na câmara combustão 110 adjacente ao forro de combustão 410 de modo a que as cinzas em partículas passem através de passagens de recolha de cinzas 1030 e passem pelo corredor de recolha das cinzas 1040 para um alimentador de cinzas (não representado), onde são recolhidas. O gás de combustão em geral move-se da câmara de combustão 110 para a abertura 1022 do elemento de estrangulamento 1020 para a passagem de gás de combustão de 1070. Ao passar através da passagem de 29 gás de combustão 1070, o gás de combustão é arrefecido por permuta de calor com o ar comprimido no pleno de ar de refrigeração 1080 de alimentação de ar comprimido 112. O ar comprimido passa através do pleno de arrefecimento 1080 para o pleno de arrefecimento 920 do incinerador 1000. O gás de combustão em geral sai do conjunto de transição 1010 através da saida do conjunto de transição 1090 depois de passar pela passagem de gás de combustão 1070. Este gás de combustão é então fornecido à turbina de gás 130 como mostrado na Figura 1.

Os termo "liga" ou "ligam" aqui utilizados destinam-se a significar tanto uma ligação directa ou como uma ligação indirecta. Assim, se um primeiro dispositivo se liga a um segundo dispositivo, em que a ligação pode ser feita através de uma ligação directa, ou através de uma ligação eléctrica indirecta através de outros dispositivos e ligações. A presente invenção está, portanto, bem adaptada para a realização dos objectos e atingir os fins mencionados, bem como aqueles que lhe são inerentes. Embora a invenção tenha sido ilustrada, descrita e definida por referência a exemplos da invenção, uma tal referência não implica uma limitação da invenção, e como tal uma limitação não deve ser inferida. A invenção é capaz de consideráveis alterações, modificações e equivalentes em forma e função, como ocorre normalmente aos que possuem conhecimentos medianos na técnica que tenham o benefício desta divulgação. Os exemplos ilustrados e descritos não são exaustivos da invenção. Consequentemente, a invenção destina-se a ser limitada somente pelo âmbito das reivindicações em anexo.

Lisboa, 16 de Novembro de 2010

Claims (47)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um método de operação de um incinerador ciclónico compreendendo um forro de combustão (420) que forma uma câmara de combustão substancialmente cilíndrica (110), compreendendo: o fornecimento de partículas de biomassa sob pressão a uma zona de ignição da câmara de combustão em que as partículas de biomassa são transferidas para a zona de ignição com um componente tangencial em relação ao eixo longitudinal da câmara de combustão (110); o fornecimento de ar comprimido para a zona de ignição câmara de combustão (110) numa quantidade suficiente para desencadear a combustão das partículas de biomassa, em que o ar comprimido é fornecido à zona de ignição com uma componente tangencial em relação ao eixo longitudinal da câmara de combustão (110) para que as partículas de biomassa girem na câmara de combustão com um movimento ciclónico; o movimento das partículas de biomassa inflamadas da zona de ignição da câmara de combustão para uma zona de combustão da câmara de combustão (110) e fornecendo ar comprimido à zona de combustão da câmara de combustão (110) em quantidade suficiente para completar a combustão das partículas de biomassa, em que o ar comprimido é fornecido à zona de combustão com uma componente tangencial em relação ao eixo longitudinal da câmara de combustão (110) modo a que as partículas de biomassa girem na câmara de combustão (110) com um movimento ciclónico; deslocação do gás de combustão e das partículas de cinza produzidas a partir da combustão da biomassa em partículas para uma zona de diluição da câmara de combustão (110); 2 o fornecimento de ar comprimido para a zona de diluição da câmara de combustão (110) numa quantidade suficiente para diluir o gás de combustão até uma temperatura adequada para o uso numa turbina de gás, em que o ar comprimido é fornecido à zona de diluição com uma componente tangencial em relação ao eixo longitudinal da câmara de combustão (110) para que os particulados de cinzas e o gás de combustão girem na câmara de combustão (110) num movimento ciclónico; caracterizado pelo facto de as etapas de fornecimento de ar comprimido a pelo menos um pleno de ar (412) em comunicação com a câmara de combustão pressurizada (110) de modo a que o ar comprimido seja fornecido a cada zona da câmara de combustão (110) através de pelo menos um pleno de ar (412), o pleno de ar que é pelo menos unitário (412) é definido pelo revestimento de combustão (420) e por um revestimento intermédio (910) tendo um modo geral um forma cilíndrica e envolvendo o forro de combustão (420), e fornecendo o ar comprimido para um pleno de arrefecimento (920) em comunicação com pelo menos um pleno de ar (412) de modo a que o ar comprimido seja fornecido a pelo menos um pleno de ar, pelo menos, um pleno de (412) através da câmara de arrefecimento, em que a câmara de arrefecimento é definida pelo revestimento intermédio (910) e o compartimento exterior (410) tendo de um modo geral uma forma cilíndrica e envolvendo o forro intermédio (910) .

2. O método de acordo com a reivindicação 1 em que o ar comprimido é fornecido à zona de ignição, à zona de combustão, e à zona de diluição através de uma pluralidade de ventaneiras de ar (430) formado através do revestimento de combustão (420) .

3 3. 0 método de acordo com a reivindicação 2 em que a pluralidade de ventaneiras de ar (430) no forro de combustão (420) é disposta numa pluralidade de filas espaçadas ao longo do comprimento do eixo longitudinal do forro de combustão (420), onde cada fila contém pelo menos uma ventaneira de ar distribuída no mesmo plano.

4. O método de acordo com a reivindicação 3 em que pelo menos uma ventaneira de ar em uma ou mais de entre a pluralidade de filas é deslocada em 90 graus ao longo da circunferência do forro de combustão (420) em relação à linha anterior.

5. O método de acordo com a reivindicação 3 em que pelo menos uma ventaneira de ar de uma ou mais das filas é maior do que a ventaneira ar, pelo menos unitária, no forro de combustão (420) em relação à linha anterior.

6. O método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes em que uma quantidade sub-estequiométrica de ar comprimido é fornecido à zona de ignição.

7. O método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, compreendendo ainda o fornecimento de ar comprimido a pelo menos um pleno de ar (412) em comunicação com a câmara de combustão pressurizada (110), para que o ar comprimido seja fornecido a cada zona da câmara de combustão (110) através de pelo menos um pleno de ar (412) em que o pleno de ar, pelo menos, um (412) é definida pelo revestimento de combustão (420) e uma cobertura externa tendo um formato geralmente cilíndrico e envolvendo o forro de combustão (420).

8. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, compreendendo: 4 a transferência das partículas de biomassa para a câmara de combustão pressurizada (110) com um componente tangencial em relação ao eixo longitudinal da câmara de combustão (110); o movimento de uma parte substancial do gás de combustão através de uma abertura num elemento de estrangulamento presente na câmara de combustão ciclónica configurada para melhorar a remoção de cinzas, em que a abertura do estrangulador tem uma área transversal reduzida em relação à área em corte transversal da câmara de combustão (110); e permitindo que pelo menos uma parte das partículas de cinzas saiam da câmara de combustão (110) através de uma abertura de partículas de cinzas (1030) definida entre o elemento de estrangulamento (1020) e o forro de combustão.

9. O método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em combinação com um método de queima directa de uma turbina a gás (130), utilizando o gás de combustão do incinerador ciclónico compreendendo: o fornecimento de partículas de biomassa a uma primeira câmara (230), à pressão atmosférica; a pressurização da câmara de combustão (110) com ar comprimido de um compressor (270); a transferência das partículas de biomassa a partir da primeira câmara pressurizada (230) para uma segunda câmara pressurizado (240); a transferência das partículas de biomassa a partir da segunda câmara pressurizada (240) para a câmara de combustão pressurizada (110); a separação de pelo menos uma porção do material particulado de cinzas a partir do gás de combustão; 5 o fornecimento do gás de combustão proveniente da câmara de combustão (110) para uma turbina a gás (130) compreendendo uma secção da turbina (131), e permitindo que o gás de combustão se expanda através da secção da turbina (131) da turbina a gás, de modo a gerar energia mecânica.

10. A combinação de métodos da reivindicação 9 onde as partículas de biomassa fornecidas para a primeira câmara (230) tem uma importante dimensão de menos de cerca de 3 milímetros.

11. A combinação de métodos de acordo com as reivindicações 9 ou 10, em que a etapa de pressurização da primeira câmara (230) ocorre com uma frequência de uma vez por minuto ou menos.

12. A combinação de métodos de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 11 compreendendo a transferência das partículas de biomassa para a câmara de combustão pressurizada (110) a uma pressão compreendida no intervalo de 276kPa a 2069 kPa.

13. A combinação de métodos de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 12 compreendendo a etapa de condução de uma secção (132) de um compressor (270) da turbina de gás (130) com a energia mecânica gerada pela secção da turbina (131), de modo a produzir um fluxo de ar comprimido.

14. A combinação de métodos de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 13 em que pelo menos uma parte do fluxo de ar comprimido da secção (132) do compressor (270) transmite as partículas de biomassa a partir da segunda 6 câmara pressurizada (240) para uma câmara de combustão pressurizada (110) .

15. A combinação de métodos de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 14 que inclui o fornecimento de pelo menos uma parte do fluxo de ar comprimido à câmara de combustão pressurizada (110) .

16. A combinação de métodos de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 15 compreendendo a etapa de impulsão de um gerador eléctrico (140) com a energia mecânica gerada pela secção de turbina (131) de modo a gerar energia eléctrica.

17. A combinação de métodos de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 16 que compreende o fornecimento de energia térmica a partir de um fluxo de escape da secção de turbina (131) .

18. A combinação de métodos de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 17 em que a combustão de gás é fornecida à turbina de gás (130) através de uma passagem (1070) num conjunto de transição (1010) em que a abertura é formada por um revestimento interno (1060).

19. A combinação de métodos de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 18 em que o gás pressurizado é fornecido à câmara de combustão através de um pleno de arrefecimento (920) em comunicação com a câmara de combustão (110), em que o pleno de arrefecimento (920) é definido entre o forro interno (1060) do conjunto de transição e um revestimento externo que envolve o forro interior (1060) .

20. Um incinerador ciclónico compreendendo: 7 um forro de combustão (420) formando uma câmara de combustão (110) tendo um modo geral uma forma cilíndrica e operável para ter uma zona de ignição e uma zona de combustão, dispostas longitudinalmente ao longo do eixo da câmara de combustão (110); uma entrada de alimentação de biomassa (414) em uma extremidade da câmara de combustão (110) formada através do forro de combustão (420) para receber partículas de biomassa sob pressão, em que a entrada de alimentação de biomassa (414) é formada de modo a que as partículas de biomassa são introduzidas na zona de ignição da câmara de combustão (110) com um componente tangencial em relação ao eixo longitudinal do forro de combustão (420), e uma pluralidade de ventaneiras de ar (430) formadas através do forro de combustão (420) para receber o ar comprimido, em que a pluralidade de ventaneiras de ar (430) está disposta para introduzir o ar comprimido na câmara de combustão (110) com um componente tangencial em relação ao eixo longitudinal do forro de combustão (420), em que a pluralidade de ventaneiras de ar (430) é espaçada ao longo o comprimento do forro de combustão (420) a partir da zona próxima da entrada de alimentação de biomassa (414); em que pelo menos uma de entre a pluralidade de ventaneiras de ar (430) é operável para fornecer uma quantidade suficiente de ar comprimido para a zona de ignição para ignição das partículas de biomassa para iniciar a combustão, em que pelo menos uma de entre a pluralidade de ventaneiras de ar (430) é operável para fornecer uma quantidade suficiente de ar comprimido à zona de combustão para completar a combustão das partículas de biomassa da zona de ignição, o forro de combustão forma uma zona de diluição a jusante da zona de combustão e pelo menos uma outra de entre a pluralidade de ventaneiras de ar (430) é operável para fornecer uma quantidade suficiente de ar comprimido para a zona de diluição para diluir o gás de combustão a uma temperatura adequada para o uso numa turbina de gás (130); caracterizado por um forro interno (910) tendo uma forma geralmente cilíndrica e envolvendo o forro de combustão (420) de modo a definir pelo menos um pleno de ar (810, 820, 830) entre o invólucro exterior (410) e o forro de combustão (420) em que pelo menos um pleno de ar (810, 820, 830) está em comunicação com a câmara de combustão (110) através da pluralidade de ventaneiras de ar (430) de modo a que o ar comprimido seja fornecido à câmara de combustão (110) através de pelo menos uma alimentação de ar (112) do pleno (412); e o invólucro exterior (410) tem um formato geral cilíndrico e envolve o revestimento interno de modo a definir um pleno de arrefecimento (920) entre o invólucro exterior (410) e o revestimento interno (910), em que o pleno de arrefecimento (920) está em comunicação com pelo menos um pleno de ar (810, 820, 830), de modo a que o ar comprimido seja fornecido ao pleno de ar (810, 820, 830) através do pleno de arrefecimento (920).

21. O incinerador ciclónico de acordo com a reivindicação 20, que inclui ainda um separador de cinzas ciclónico compreendendo: um elemento de estrangulamento (1020), que inclui uma abertura (1090) de área em secção transversal reduzida em relação à área da secção transversal da câmara de 9 combustão (110), uma entrada (1022) em comunicação com a saída da câmara de combustão (110) para receber o gás de combustão da zona da câmara de combustão e diluição (110), e uma saída em comunicação com a secção de turbina (131) da turbina de gás (130) para 0 fornecimento da turbina a gás (130) com o gás de combustão; e uma abertura de partículas de cinzas (1030) definida entre o elemento de estrangulamento (1020) e o forro de combustão linear em que pelo menos uma parte das partículas de cinzas sai da câmara de combustão (110) através da abertura de partículas de cinzas (1030).

22. O incinerador ciclónico de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 ou 21, em que uma quantidade sub-estequiométrica de ar comprimido é fornecida à zona de ignição.

23. O incinerador ciclónico de acordo com qualquer uma das reivindicações de 20 a 22 em que a pluralidade de ventaneiras de ar (430) aumenta em tamanho ao longo do comprimento do eixo longitudinal do forro de combustão (420) .

24. O incinerador ciclónico de acordo com qualquer uma das reivindicações de 20 a 23 em que a pluralidade de ventaneiras (430) é disposta numa pluralidade de filas espaçadas ao longo do comprimento do eixo longitudinal do forro de combustão (420), em que cada linha contém pelo menos uma ventaneira de ar distribuída ao longo do mesmo plano.

25. O incinerador ciclónico de acordo com a reivindicação 24, em que pelo menos uma ventaneira pelo ar um (430) em uma ou mais da pluralidade de linhas é deslocada em cerca 10 de 90 graus ao longo do perímetro do forro de combustão (420) em relação à fila anterior.

26. O incinerador ciclónico de acordo com uma das reivindicações 24 ou 25 em que pelo menos uma ventaneira de ar, (430) em uma ou mais de entre uma pluralidade de filas no é maior do que pelo menos o minimo uma ventaneira ar no forro de combustão (420) no que diz respeito para a linha anterior.

27. O incinerador ciclónico de acordo com qualquer uma das reivindicações de 20 a 26 onde o incinerador ciclónico compreende ainda um invólucro (410) tendo um modo geral uma forma cilíndrica e que envolve o forro de combustão (420), de modo a definir pelo menos uma câmara de ar (412) entre o compartimento externo (410) e o forro de combustão (420), no qual o pleno de ar (412) está em comunicação com a câmara de combustão (110) através da pluralidade de ventaneiras de ar (430) de modo que o ar comprimido é fornecido para a combustão câmara (110) através da câmara de ar (412) .

28. Uma combinação compreendendo um incinerador ciclónico de acordo com qualquer uma das reivindicações 20-27 e um gás de queima directa de biomassa alimentada sob pressão ao sistema de turbina, incluindo: um sistema de alimentação sob pressão (100), e uma turbina a gás (130) que tem; uma secção da turbina (131) compreendendo uma entrada em comunicação com o incinerador para receber o gás de combustão da câmara de combustão (110), em que secção da turbina (131) é impulsionada pelos gases de combustão. 11

29. A combinação de incinerador de acordo com a reivindicação 28 em que o sistema de alimentação sob pressão (100) compreende: uma pluralidade de câmaras; em que a primeira câmara (240) recebe partículas de biomassa à pressão atmosférica e fornece uma segunda câmara (250) com partículas de biomassa sob pressão; uma primeira válvula (242) posicionada numa entrada da primeira câmara (240); uma segunda válvula (244) posicionada numa saída da primeira câmara (240) comunicando com a entrada para a segunda câmara (240), e um compressor de ar (270) preparado para pressurizar a primeira câmara (230).

30. A combinação de incinerador de acordo com a reivindicação 28 ou com a reivindicação 29 em que o sistema de alimentação sob pressão (100) compreende ainda uma válvula rotativa (260) disposta de modo a fornecer quantidades variáveis de partículas de biomassa à câmara de combustão (110).

31. A combinação de incinerador de acordo com a reivindicação 29 ou 30 em que a primeira válvula e a segunda válvula são válvulas deslizantes.

32. A combinação de incinerador de acordo com qualquer uma das reivindicações 28-31 em que cada um dos plenos de ar, que são pelo menos em número de um, (810, 820, 830) estar em comunicação com uma alimentação de ar comprimido correspondente (112), em que a alimentação de ar comprimido correspondente compreende um válvula (860, 870, 880) para controlar o fornecimento do ar comprimido à câmara de 12 combustão (110) através da câmara de ar (810, 820, 830) que está em comunicação com a válvula.

33. A combinação de incinerador de acordo com qualquer uma das reivindicações 28-32 em que a turbina a gás (130) compreende ainda uma secção (132) de compressor (270) impulsionada pela secção da turbina (131) da turbina de gás (130), em que a secção (132) de compressor (270) é preparada para fornecer o ar comprimido à câmara de combustão (110).

34. A combinação de incinerador de acordo com qualquer uma das reivindicações 28-33 em que uma primeira parte do ar comprimido da secção de compressor (132) é fornecido à câmara de combustão (110), e uma segunda porção do ar comprimido transporta as partículas de biomassa do sistema de alimentação sob pressão (100) para a câmara de combustão (110).

35. A combinação de incinerador de acordo com qualquer uma das reivindicações de 28 a 34 compreendendo um permutador de calor (150) para o arrefecimento da segunda porção do ar comprimido a partir da secção de compressor (132).

36. A combinação de incinerador de acordo com qualquer uma das reivindicações de 28 a 35 em que a turbina de gás (130) tem uma relação de pressão compreendida dentro do intervalo de 8:1 a 20:1.

37. A combinação de incinerador de acordo com qualquer uma das reivindicações 28-36 que compreende ainda um gerador de energia eléctrica (140) ligado a uma turbina de gás (130) para gerar energia eléctrica, em que o gerador eléctrico (140) é impulsionado pela secção de turbina (131) da turbina de gás (130) . 13

38. A combinação de incinerador de acordo com a reivindicação 37 em que o sistema é construído e preparado para gerar menos de 10 mega watts de electricidade.

39. A combinação de incinerador de acordo com uma das reivindicações 37 ou 38 em que a turbina de gás (130) compreende um único veio, que acciona a secção (132) do compressor (270) e o gerador de energia eléctrica (140).

40. A combinação de incinerador de acordo com qualquer uma das reivindicações de 28 a 39 em que o sistema compreende ainda uma unidade de recuperação de calor em comunicação com os gases de fluxo de escape da secção de turbina (131) da turbina de gás.

41. O incinerador ciclónico de acordo com qualquer uma das reivindicações de 20 a 27 ou a combinação de incinerador de acordo com qualquer uma das reivindicações 28-40 compreendendo um conjunto de transição (1010) que compreende um forro interno (1060) que faz uma passagem de gás de combustão (1070), em que a passagem da gás de combustão (1070), inclui uma entrada em comunicação com a saída do elemento de estrangulamento (1020) para receber o gás de combustão e uma saída em comunicação com turbina de gás (130) para o fornecimento da turbina a gás (130) com o gás de combustão.

42. O incinerador ciclónico ou a combinação de incinerador da reivindicação 41 em que a passagem de gás de combustão (1070) tem uma área menor em corte transversal na saída do que na entrada.

43. O incinerador ciclónico ou a combinação de incinerador de acordo com uma das reivindicações 41 ou 42 que 14 compreende ainda um revestimento exterior (410) em torno do forro interno (420) de modo a definir um pleno de arrefecimento (920) entre os revestimento exterior (410) e o revestimento interno, em que o pleno de arrefecimento (920) está em comunicação com a pluralidade de ventaneiras de ar (430) .

44. O incinerador ciclónico de acordo com a reivindicação 20 em que o ciclónico separador de cinzas inclui uma entrada (1022) em comunicação com a saida da câmara de combustão (416) para receber uma mistura dos gases de combustão e de partículas de cinzas, em que o separador ciclónico de cinzas separa pelo menos parcialmente, o gás de combustão das partículas de cinza e compreende ainda uma saída em comunicação com a secção de turbina (131) da turbina de gás (130) para o fornecimento da turbina de gás (130) com o gás de combustão.

45. A combinação de incinerador de acordo com qualquer uma das reivindicações de 28 a 40 que compreende ainda um sistema de entrada de combustível para fornecer partículas reduzidas e secas de biomassa ao sistema alimentado por pressão.

46. A combinação de incinerador de acordo com qualquer uma das reivindicações 28-40 e 45 que compreende ainda um segundo compressor de ar (270) disposto para fornecer ar comprimido que transporta as partículas de biomassa a partir do sistema de alimentação de pressão à câmara de combustão (110) .

47. O incinerador ciclónico de acordo com qualquer uma das reivindicações 20-27 compreendendo ainda um queimador (440) ligado ao incinerador ciclónico. Lisboa, 16 de Novembro de 2010