PT855005E

PT855005E - Instalacao para processamento de desperdicios

Info

Publication number: PT855005E
Application number: PT96932879T
Authority: PT
Inventors: Fransiscus Johannes Jo Janssen; Antonius Jocabus Adria Konings
Original assignee: Kema Nv
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 2001-06-29
Also published as: JPH11515090A; DE69611532D1; EP0855005A1; DE69611532T2; AU723393B2; DK0855005T3; WO1997014001A1; ATE198653T1; AU7148696A; ES2155942T3; EP0855005B1; GR3035545T3

Description

ΕΡ Ο 855 005/ΡΤ

DESCRICÃO “Instalação para processamento de desperdícios” O presente invento refere-se a uma instalação para geração de energia, que compreende uma câmara de combustão principal, que está munida de meios para geração de vapor; sendo proporcionada, pelo menos, uma câmara de combustão secundária para queima de materiais carbonosos, como madeira, etc., uma conduta de guia para guiar os gases de exaustão da dita câmara de combustão secundária para a câmara de combustão principal.

Uma tal instalação é conhecida de WO-A-81/01713.

Esta instalação de técnica anterior é disposta para processar apenas materiais de desperdício. A este respeito deve ser notado que, tendo em mente o baixo conteúdo energético dos desperdícios, a energia eléctrica gerada por uma tal instalação está limitada. É claro que é possível fazer uma instalação com maior escala, mas isto traz problemas de abastecimento dos materiais de desperdício e conduz a instalações grandes e volumosas, que são difíceis de operar de modo económico. O objectivo do invento é proporcionar uma instalação e um método, os quais estão adaptados para geração de uma quantidade substancial de energia eléctrica e com custos do capital limitados.

Por conseguinte, o presente invento proporciona uma tal instalação, em que a câmara de combustão principal está disposta para queima de combustíveis fósseis.

Isto oferece a possibilidade de usar estações geradoras de energia convencionais, às quais pode ser acrescentada uma instalação adicional para queimar de materiais de desperdício.

Os materiais de desperdício são também queimados em alto grau, originando a menos cinzas, ao passo que a instalação já existente para queima de combustíveis fósseis proporciona uma utilização muito eficiente do calor proporcionado pela queima dos materiais de desperdício. Pondo isto de outra 2

85 4UB ΕΡ Ο 855 005/ΡΤ maneira, são queimados os materiais de desperdício, poupando uma certa quantidade de combustíveis fósseis, mantendo igualmente a potência da estação geradora de energia.

Em relação a isto, deve ser notado que foram feitos ensaios para queimar materiais de desperdício na câmara de combustão principal de uma estação geradora de energia. Tendo em atenção que essas câmaras de combustão são concebidas para queimarem partículas pulverizadas de tamanho substancial, os materiais de desperdício têm de ser pré-processados cortando ou serrando os mesmos para o tamanho requerido. Isto envolve problemas substanciais, pelo que esta opção não é muito atraente.

Em US-A-4 424 765 é descrita uma instalação para produzir energia que compreende: - uma câmara de combustão principal, disposta para queima de combustíveis fósseis, e munida de meios de geração de vapor; - pelo menos uma câmara de combustão secundária, para queima de materiais carbonosos, como madeira, etc.; e - uma conduta de guia para guiar os gases de exaustão da dita, pelo menos, uma câmara de combustão secundária para a câmara de combustão principal.

Este aparelho da técnica anterior, descreve uma câmara de combustão secundária com a forma de um leito fluidificado.

Este aparelho tem uma eficiência de combustão limitada, de modo que uma parte substancial do combustível não é eficazmente utilizado. O objectivo do invento é proporcionar uma tal instalação, na qual a eficiência é substancialmente melhorada.

Este objectivo é alcançado por: - a câmara de combustão secundária (3) ser um reactor “TORBED®”, o qual compreende: 3 ΕΡ Ο 855 005/ΡΤ * uma série anular de palhetas (8); * meios (6) para geração de um escoamento de ar através da dita série de palhetas (8); * um queimador (9) localizado por debaixo da série anular de palhetas (8); * um elemento em forma de cone, localizado no centro da série de palhetas; e * meios (2, 4) para fornecerem o material carbonoso à série anular de palhetas (8) através do elemento em forma de cone, - a conduta de guia (15) desemboca na câmara de combustão secundária (3) por cima do conjunto anular de palhetas (8); e - na conduta de guia (15,17) terem sido instalados meios de remoção de partículas, os quais são dispostos para remover partículas com tamanhos até um tamanho que não perturba os processos na câmara de combustão principal (16), e - a câmara de combustão secundária (3) estar munida de uma espiral de pré-aquecimento (23), que rodeia a câmara de combustão secundária (3) para pré-aquecimento da água a ser usada pelos meios de geração de vapor. O reactor “TORBED®” é um dispositivo que mantém partículas mais ou menos em fluidização, enquanto as partículas estão em movimento toroidal. Para uma melhor descrição completa do reactor “TORBED®” é feita referência a EP-B-0 068 853, EP-A-0 293 103, EP-A-0 288 141 e EP-A-0 286 273.

De acordo com o invento a pré-queima do material de desperdício pode ocorrer num ambiente de oxigénio normal, por exemplo, quando for utilizado ar como ar para combustão. Isto resultará num gás de exaustão, que compreende principalmente N2, 02, CO2, e H20. Este tipo de gás de exaustão pode ser usado numa caldeira convencional e ao fazer-se isto, a quantidade de combustível convencional requerido pode ser reduzida.

Quando é utilizado oxigénio puro para queimar o desperdício forma-se um gás de exaustão que compreende apenas 02, C02 e H20. Assim, não se encontra presente azoto. Se este tipo de gás de exaustão for passado para uma caldeira então será absorvido calor e oxigénio utilizado na combustão. 85 406 ΕΡ 0 855 005/ΡΤ 4

No caso do desperdício ser queimado num ambiente de pouco oxigénio, por exemplo, se o gás de exaustão da estação geradora ou da câmara de combustão propriamente dita for usado como gás de combustão, o gás de combustão do “TORBED®” ainda compreenderá quantidades C02, e H20, mas principalmente CO, N2 e H2. O gás de exaustão assim obtido tem propriedades redutoras e pode ser usado para várias finalidades. Se alimentado para uma caldeira vai arder e dessa maneira reduzirá a quantidade de combustível normal a ser queimado.

Por causa das suas propriedades redutoras pode ser usado como um agente de nova queima para reduzir o NOx. Este processo é também realizado na caldeira.

Como uma alternativa, o gás de exaustão assim obtido pode ser vendido como um agente redutor ou para produção de H2. Para esta última finalidade seria preferível que houvesse próximo da estação geradora uma refinaria, porque os custos de transporte tornariam o processo demasiado caro.

De acordo com o invento o material de desperdício e os combustíveis são assim processados pela sua queima. Os produtos resultantes cinzas, calor e gás de exaustão podem ser reutilizados, vendidos ou armazenados. As cinzas ocupam um muito mais pequeno espaço do que os desperdícios iniciais. O seu armazenamento é portanto muito mais simples e menos caro.

Ao processo do invento é deu-se o nome de “C02 neutro”. O material de desperdício carbonoso, que é descarregado produzirá automaticamente dióxido de carbono (C02) e eventualmente metano (CH4). Os combustíveis fósseis como o carvão estão abaixo da superfície da terra, no estado inerte até à sua exploração e não produzirão C02 por si próprios, como 0 fazem os desperdícios. Se o material de desperdício for usado de acordo com o invento, será ainda produzido C02, até mais depressa do que quando os desperdícios foram descarregados. Contudo, o processo do invento resultará indirectamente numa substituição de parte do combustível fóssil convencionalmente necessário. O combustível que é poupado por isto não produz C02. Nesta situação pode falar-se de um processo de “C02 neutro”.

As cinzas resultantes de uma caldeira convencional alimentada com combustível fóssil, como o carvão, tem composição bem definida. Por conseguinte, podem ser por isso usadas em obras de construção, como a construção de estradas e semelhantes. Se essas cinzas contivessem contaminantes resultantes 5 85 406 ΕΡ 0 855 005/ΡΤ de material que é queimado em conjunto com combustível convencional, isso não seria mais possível. Não seriam apenas as cinzas a serem postas em causa, mas o risco de lixiviação dos poluentes para o ambiente seria alto. O invento é adequado para muitos tipos de desperdícios. De preferência, são usados desperdícios carbonosos, tais como madeira, madeira acabada, desperdícios químicos, desperdícios municipais, vegetais, frutos, e semelhantes. Até materiais polímeros, como PVC podem ser queimados. Além disso, o invento pode ser usado para tipos de combustível que são difíceis de processar em caldeiras convencionais como coques, etc. O método do invento pode resultar num condução mais flexível da estação geradora de energia. No caso da caldeira não ser usada até ao máximo de 100%, a câmara de pré-combustão pode ser desligada. Como uma alternativa, a câmara de combustão pode ainda ficar a operar, mas o gás de exaustão tanto pode ser armazenado como levado para ser vendido, ou servir para a produção de H2 puro. Se armazenado pode ser usado de novo durante as horas de ponta.

Se material de desperdícios tal como madeira limpa é usado para combustão na caldeira, o seu tamanho terá de ser reduzido antes de entrar na caldeira. Contudo, de acordo com o invento o material de desperdício não precisa de ser obrigatoriamente reduzido em tamanho antes de serem queimados no “TORBED®”. Isto é uma vantagem muito importante do método do invento porque os custos do seu pré-processamento são portanto mais baixos.

Os princípios do presente invento são aplicáveis em várias concretizações práticas que caem dentro do âmbito das reivindicações. O invento será ilustrado com referência à concretização esquemática mostrada na Figura.

Nesta concretização os desperdícios 1 são alimentados através de uma conduta 2 para o “TORBED®” 3. O TORBED®" 3 compreende meios 4 para alimentar o material de desperdício para o leito toroidal 5. O leito 5 é produzido através de uma corrente de ar 6, que é fornecida através de um tubo de abastecimento 7. A corrente de ar é canalizada através de uma série de palhetas 8, causando assim o movimento toroidal do leito 5. O “TORBED®” também compreende um queimador 9 alimentado através de um tubo de combustível 10. As cinzas 11 são despejadas através de uma abertura 12 ao longo da periferia do leito 6 ΕΡ Ο 855 005/ΡΤ e apanhadas por um recipiente 13. Como uma alternativa as cinzas podem ser alimentadas para uma caldeira juntamente com gás de exaustão. O gás de exaustão produzido (simbolizado pelas setas 14) é descarregado através do tubo 15 no topo do “TORBED®” 3. O gás de exaustão 14 é transportado para a caldeira 16 através de uma conduta 17 ou opcionalmente por um ciclone. Dependendo do tipo de gás utilizado para o processo de pré-queima, o gás de exaustão é descarregado através de uma ou mais das saídas 18,19, 20, 21, e 22. O utilização do um excesso de ar resultará em gás de exaustão tipo A, que compreende N2, CO2, H2O, O2, poeiras e outros compostos. A utilização de pouco oxigénio resulta num gás de exaustão do tipo B, com propriedades redutoras, e que compreende CO, H2, O2, CO2, H2O e poeiras. A saída 18 pode ser usada para o gases de exaustão tipos A e B. O tipo A pode também ser injectado através da saída 19 ou juntamente com o carvão pulverizado 25, introduzido através da admissão 20. Os gases do tipo B podem ser introduzidos juntamente com o chamado ar secundário através da saída 20. A saída 21 pode ser usada para descarga dos gases de exaustão do tipo A juntamente com o chamado ar terciário. O combustível para a nova queima (tipo B) pode ser introduzido através da saída 22. A caldeira compreende ainda uma série de queimadores 25 e uma saída para escórias ou cinzas de fundo 26. O calor produzido na caldeira pode, por exemplo, ser utilizado para produzir vapor para accionar uma turbina (não mostrada). A água a partir da qual se produz vapor pode já ter sido pré-aquecida pelo calor produzido no “TORBED®” 3. Para este efeito o “TORBED®” está munido de um tubo em espiral 23. A água 24 é conduzida através da espiral, é pré-aquecida na mesma e conduzida para um dispositivo de geração de vapor (não mostrado).

Lisboa, 21. m 2001

Por N.V. KEMA

ISgT Tntôhio joào DA CUNHA FERREI RA Ag. 0|. Pr. Ind. 1«· 4»s Fleres, 74 - 4.* <ieSO LISBOA

Claims

85 406 ΕΡ 0 855 005/ΡΤ 1/2 REIVINDICAÇÕES 1 - Instalação para geração de calor, que compreende: - uma câmara de combustão principal (16), disposta para queima de combustíveis fósseis, munida de meios de geração de vapor; - pelo menos uma câmara de combustão secundária (3), para queima de materiais carbonosos, como madeira, etc.; - uma conduta de guia (15, 17) para guiar os gases de exaustão da dita, pelo menos, uma câmara de combustão secundária (3) para a câmara de combustão principal (16), caracterizada por: - a câmara de combustão secundária (3) ser um reactor “TORBED®”, o qual compreende: * uma série anular de palhetas (8); * meios (6) para geração de um escoamento de ar através da dita série de palhetas (8); * um queimador (9) localizado por debaixo da série anular de palhetas (8); * um elemento em forma de cone, localizado no centro da série de palhetas; e * meios (2, 4) para fornecerem o material carbonoso à série anular de palhetas (8) através do elemento em forma de cone, - a conduta de guia (15) desemboca na câmara de combustão secundária (3) por cima do conjunto anular de palhetas (8); e - na conduta de guia (15, 17) terem sido instalados meios de remoção de partículas, os quais são dispostos para remover partículas com tamanhos até um tamanho que não perturba os processos na câmara de combustão principal (16), e - a câmara de combustão secundária (3) estar munida de uma espiral de pré-aquecimento (23), que rodeia a câmara de combustão secundária (3) para pré-aquecimento da água a ser usada pelos meios de geração de vapor. ΕΡ Ο 855 005/ΡΤ 2/2
2 - Instalação de geração de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a instalação formar parte de uma estação geradora de energia.
3 - Instalação de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por os meios de remoção de partículas incluir, pelo menos, um ciclone.
4 - Instalação com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizada por os meios de remoção de partículas incluírem, pelo menos, um filtro electrostático.
5 - Instalação de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a câmara de combustão principal (16) estar disposta para queima de carvão pulverizado.
6 - Instalação de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizada por estarem incorporados pré-aquecedores de ar na conduta para os gases de exaustão da câmara de combustão principal, para aquecimento do ar de combustão para as câmaras de combustão principal e secundária.
7 - Instalação de acordo com uma das reivindicações anteriores, em que a câmara de combustão principal (16) se prolonga substancialmente vertical, e são proporcionados meios de injecção (21) para injectarem os gases de exaustão da câmara de combustão secundária (3) para dentro da câmara de combustão principal (16), caracterizada por os meios de injecção (21) estarem substancialmente localizados na parte da câmara principal de combustão (16), em que é realizada a combustão.
8 - Instalação de acordo com uma das reivindicações 1-6, em que a câmara de combustão principal (16) se prolonga substancialmente vertical, e são proporcionados meios de injecção (21) para injectarem gases de exaustão da câmara de combustão secundária (3) para dentro da câmara de combustão principal (16), caracterizada por os meios de injecção (21) estarem substancialmente localizados na parte superior da câmara de combustão principal (16). Lisboa, ^ ^ Por N.V. KEMA - O AGENTE OFICIAL -