BRPI0609999A2 - caldeira de recuperação de licor usado na indústria de polpa e papel e método para produzir energia em uma usina de polpa - Google Patents
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Abstract
CALDEIRA DE RECUPERAçãO DE LICOR USADO NA INDúSTRIA DE POLPA E PAPEL E MéTODO PARA PRODUZIR ENERGIA EM UMA USINA DE POLPA. Expõe-se uma caldeira de recuperação de licor usado na indústria de polpa e papel que inclui um sistema de circulação de água/vapor dotado de superaquecedores, sendo o dito sistema de recirculação conectado a uma turbine de vapor que compreende uma parte de alta pressão, e uma fornalha para queimar licor gasto para produzir gases de combustão, e incluindo uma parte superior através da qual os gases fluem, em que o sistema de circulação de vapor/água da caldeira de recuperação é provido de um reaquecedor para reaquecimento de vapor proveniente da parte de alta pressão da turbine.
Description
CALDEIRA DE RECUPERAÇÃO DE LICOR USADO NA INDÚSTRIADE POLPA E PAPEL E MÉTODO PARA PRODUZIR ENERGIA EM
UMA USINA DE POLPA
Refere-se a presente invenção a uma cal-deira de recuperação de licor usado que compreende umsistema de circulação de água/vapor dotado de supera-quecedores e reaquecedores, e uma fornalha para queimarlicor usado para produzir gases de combustão, e inclu-indo uma parte superior através da qual fluem os gasesde combustão. O sistema de circulação de água/vapor éconectado a uma turbina a vapor que compreende um está-gio de alta pressão e um estágio de média pressão. Osuperaquecimento de vapor sob pressão e o reaquecimentode vapor são realizados utilizando-se uma disposiçãocom a qual a corrosão pode ser reduzida.
Nas usinas de polpa quimica, òs produtosquímicos de cocção de um processo de polpação são recu-perados a partir do licor usado, por exemplo> licor ne-gro no polpação Kraft, pela queima do licor em uma cal-deira de recuperação, seja sozinho ou em conjunto comoutras correntes de "refugo". O processo de queima éexotérmico e a energia liberada é recuperada como vaporsuperaquecido pressurizado. A energia de vapor é recu-perada em uma turbina a vapor na forma de energia elé-trica e vapor de diferentes pressões para necessidadesde processo. A polpação Kraft que produz licor negro éo método de polpação predominante e é usado neste con-texto para descrever a invenção. A invenção pode seraplicada em vários tipos de usinas de polpas químicas eoutros processos. Embora o termo "licor negro" sejacomumente usado no contexto de polpação Kraft, ele tam-bém é usado neste contexto para se referir a todos ostipos de licores usados.
Tradicionalmente, energia é produzida emuma usina de polpa pela combustão de licor negro em umacaldeira de recuperação, e refugos de madeira e cascaem uma caldeira auxiliar. A casca de material de ma-deira bruta e a substância orgânica do licor negro ge-rado em conj unto normalmente preenchem a totalidade dademanda de energia da usina de polpa. Se for necessá-ria mais energia na usina de polpa, combustível adicio-nal poderá ser adquirido. O combustível adicional équeimado com casca de madeira em uma caldeira auxiliar.Por exemplo, um forno de cal pode ser operado com óleoou com gás natural. Atualmente, a produção de forçafreqüentemente ocorre como exposta em seguida: (i) acaldeira de recuperação e a caldeira auxiliar, em que acasca produzida na usina é queimada, produz vapor dealta pressão superaquecido; (ii) O vapor produzido éalimentado a uma ou mais turbinas a vapor de contra-pressão e o vapor proveniente da descarga de turbinaproporciona calor para a usina; e (iii) A turbina e ogerador conectado à mesma produzem a eletricidade ne-cessária para a usina. Eletricidade é usualmente pro-duzida por uma turbina de contrapressão que é dotada deuma ou mais drenagens. A contrapressão usada é de 3-6bar (abs.) e a pressão de drenagem 8-16 bar (abs.)- Aprodução de eletricidade também pode ser realizada pormeio de uma turbina de condensação ou por meio de umestágio de condensação na turbina a vapor, em seguidaao estágio de contrapressão.
A madeira contém pequenas quantidades depotássio (K) e de cloro (Cl). Estes elementos permane-cem no licor negro durante a cocção. Eles podem entrartambém no licor negro por meio dos produtos químicos dereprocessamento, ou por meio de conexões internas den-tro da usina. Na caldeira de recuperação, estes ele-mentos são enriquecidos na poeira de cinzas e aumentama corrosão do gás de combustão especialmente no supera-quecedor.
A ação corrosiva de Cl e K aumenta com atemperatura. A ação corrosiva de Cl e K impõe um limi-te de temperatura superior no vapor gerado na caldeirade recuperação. Este limite para a temperatura de va-por superaquecido é tipicamente 400°C a 490°C, na de-pendência do teor de cloro e potássio. Com materiaisespeciais ou com licores dotados de um teor de Cl e Kmuito baixo, seja naturalmente ou por meio de descargade poeira de cinzas ou por meio de processo de remoçãode Cl e K, têm sido usadas temperaturas de até 520°C.Por causa de a ação corrosiva de Cl e K de um modo ge-ral requerer que a temperatura do vapor superaquecidoseja mantida relativamente baixa, a pressão de vaportambém é baixa. Estas limitações de temperatura resul-tam em rendimento de baixa potência a partir do calorgerado na caldeira de recuperação, em comparação com ascaldeiras de força normais que queimam carvão, gás Na-tural ou óleo.
As limitações de temperatura de 400°C a490°C e 520°C no vapor em uma caldeira de recuperaçãonão são tão estritamente válidas com casca origináriade toros, mas a poeira de cinzas proveniente da combus-tão de casca pode conter também cloro e potássio. Comoo teor de enxofre da casca é muito baixo, o cloro reagena caldeira de casca com metais, o que por sua vez poderesultar em corrosão do superaquecedor. 0 fluxo calo-rimétrico na casca também é muito mais baixo do que nofluxo de licor negro ("refugo"), devido ao fluxo demassa muito mais baixo. Isto depende do rendimento depolpa na polpação e da quantidade de casca na madeira apartir da qual a polpa é preparada.
A WO 03/104547 e correspondente pedido depatente U.S. publicado 2005/0252458 expõe um sistemapara aumentar a temperatura e pressão do vapor supera-quecido produzido em uma instalação de caldeira de re-cuperação de uma usina de polpa, de uma maneira tal quenão ocorre qualquer corrosão ou a proporção de corrosãoencontra-se sob niveis aceitáveis. A WO 03/104547 ecorrespondente pedido de patente U.S. publicado2005/0252458 expõe um sistema em que a caldeira de re-cuperação é provida de pelo menos uma cavidade dotadade paredes formadas de tubos refrigerados a água conec-tados ao sistema de circulação de água/vapor da caldei-ra de recuperação. 0 interior da cavidade é provido deum permutador de calor para superaquecimento final dovapor gerado na caldeira de recuperação, pelo que opermutador de calor é conectado aos superaquecedores dacaldeira. A cavidade é aquecida pela queima de combus-tível de uma maneira que são asseguradas condições não-corrosivas na cavidade do superaquecedor. 0 combustí-vel pode ser. um gás produzido por gaseificação de bio-massa. A característica básica deste sistema é a deque é proporcionada pelo menos uma cavidade de combus-tão em conexão com a caldeira de recuperação para o su-peraquecimento final do vapor produzido na seção de su-peraquecedor da caldeira de recuperação.
Sumário da Invenção
Expõe-se um sistema neste contexto paraaumentar o rendimento de potência na produção de ener-gia em uma usina de polpa de uma maneira tal que osproblemas de corrosão podem ser reduzidos ao minimo. 0sistema exposto deverá aperfeiçoar o rendimento, porexemplo, da eficiência elétrica global da caldeira derecuperação e do conjunto de turbina a vapor.
Uma característica do sistema exposto é ade que o sistema de circulação de vapor/água da caldei-ra de recuperação é provido de um reaquecedor para rea-quecer o vapor proveniente da parte de alta pressão daturbina.O reaquecedor compreende uma primeira par-te e uma segunda parte, em que a primeira parte ficalocalizada no fluxo de gás de combustão produzido nafornalha da caldeira de recuperação e a primeira parteestá conectada à saida de vapor da parte de alta pres-são da turbina.
A caldeira de recuperação é preferentemen-te provida de pelo menos uma cavidade tal como descritana publicação WO No. 03/104547 mencionada anteriormen-te, no nome dos mesmos inventores, e que fica plenamen-te incorporada neste contexto por referência. O númerode cavidades pode ser maior do que um, por exemplo, po-derá ser dois. A segunda parte do reaquecedor(s) ficalocalizada no interior da cavidade. A segunda parte doreaquecedor(s) é conectada ao primeiro estágio do rea-quecedor e à turbina, preferentemente, a uma entrada devapor da parte de média pressão da turbina. A cavidadecompreende meios para queimarem um combustível e pelomenos uma saida para descarga de gases de combustão pa-ra a caldeira de recuperação. Os gases de combustãoprovenientes da cavidade podem ser ou misturados aosgases de combustão provenientes da fornalha principal,em alta temperatura, ou os gases de cavidade de combus-tão podem ter uma rota própria para a atmosfera. Se arota for independente da rota de fluxo de gás de com-bustão principal, os gases de cavidade de combustão po-dem, depois de limpeza, ser usados, tal como secagem depolpa e assemelhadas, basicamente para os mesmos propó-sitos que os gases que se originam da combustão do gás natural.
O interior da cavidade também pode serprovido de um superaquecedor para superaquecimento fi-nal do vapor gerado na caldeira de recuperação. De a-cordo com outra concretização, o superaquecimento finale o reaquecimento são realizados em cavidades diferen-tes . Para propósitos de ilustração, somente uma cavi-dade é descrita adiante, mas a cavidade pode ser imple-mentada como uma pluralidade de cavidades.
De acordo com o sistema exposto neste con-texto, um reaquecedor para reaquecer vapor a partir daturbina é proporcionado em conexão com uma caldeira derecuperação. Vapor sob pressão é produzido na seção desuperaquecedor da caldeira de recuperação e então ex-pandido no estágio de alta pressão (HPT) da turbina pa-ra 250-400°C. 0 vapor é descarregado a partir do está-gio de alta pressão da turbina, e retornado à caldeiraonde a sua temperatura é aumentada no reaquecedor para450-600°C, preferentemente para 520-560°C. Preferente-mente o vapor é reaquecido em dois estágios. 0 primei-ro estágio do reaquecedor fica localizado na seção desuperaquecedor convencional da caldeira de recuperação.Neste primeiro estágio, o vapor expandido na turbina éreaquecido pelos gases de combustão gerados na fornalhada caldeira de recuperação, tipicamente para 450-540°C,preferentemente para 4 50-500°C. 0 vapor parcialmentereaquecido é para o segundo estágio do reaquecedor, emque ele é finalmente reaquecido para 480-600°C, prefe-rentemente para 490-560°C.
0 sistema também pode ser tal que vaporsob pressão proveniente de uma caldeira auxiliar depressão mais baixa, ou proveniente de recuperação decalor é ou alimentado ao estágio de alta pressão daturbina a vapor entre a alimentação do vapor sob pres-são e a saida da turbina, ou misturado com vapor prove-niente do estágio de alta pressão da turbina antes dovapor entrar no reaquecedor. Para esta parte de vapor,o reaquecedor compreende um estágio do superaquecimentofinal. A mistura pode ocorrer também no reaquecedor,se as temperaturas dos vapores a serem misturados foremaproximadamente as mesmas.
0 vapor reaquecido é conduzido do segundoestágio do reaquecedor para um estágio de pressão média(MPT) da turbina, em que ela é expandida para contra-pressão. Se a turbina tiver uma parte de condensação,então o vapor é expandido para a pressão de condensa-ção;, parcialmente ou totalmente.
De acordo com uma concretização do sistemaexposto neste contexto, a caldeira de recuperação éprovida com dois reaquecedores, um para reaquecimentode vapor a partir da parte de alta pressão da turbina,e o outro para reaquecimento de vapor proveniente daprimeira parte intermediária da turbina. Desta manei-ra, o ciclo de vapor tem de compreender dois reaquece-dores . Isto requer alta pressão de vapor, como nos ci-cios de vapor de utilidade. As caldeiras de recupera-ção diferem das caldeiras de utilidade na disposiçãonecessária para impedir a corrosão nas partes quentesdo superaquecedor e do reaquecedor(s). Se existiremdois reaquecedores no ciclo de vapor, cada reaquecedorpreferentemente é dotado de dois estágios tais comodescritos anteriormente. Também neste caso, o vaporproveniente de uma caldeira auxiliar, ou proveniente darecuperação de calor, pode ser misturado no vapor frioque entra no reaquecedor.
0 sistema permite que o vapor extraído doestágio de alta pressão da turbina seja primeiro aque-cido nap arte de reaquecedor localizada na seção de su-peraquecedor convencional de uma caldeira de recupera-ção em um grau tal que corrosão de alta temperatura nãoocorre substancialmente, abaixo de 500°C, e depois dis-so o vapor é finalmente reaquecido a 4 80-600°C, opcio-nalmente a 490-560°C na cavidade de combustão, que ser-ve como um reaquecedor final. 0 combustível queimadooara o reaquecedor (s) final é tal que ele não provocacorrosão de alta temperatura.
A cavidade de superaquecedor para o rea-quecimento final do vapor de descarga da turbina de al-ta pressão é preferentemente aquecida pela queima decombustível de uma maneira tal que são asseguradas con-dições não-corrosivas na cavidade de superaquecedor. 0combustível pode ser um gás produzido por gaseificaçãode biomassa. A corrosão das superfícies térmicas podeser evitada por combustão adicional de combustível sul-furoso. Da mesma maneira, a limpeza do gás antes dacombustão na cavidade de superaquecedor assegura condi-ções não-corrosivas sob temperaturas mais elevadas. Emvez do gás produzido a partir de biomassa, outros com-bustíveis poderão ser usados, por exemplo, gás natural,LPG, biomassa liqüefeita, metanol e outros. O critériopara o combustível é a natureza não-corrosiva sob ascondições da cavidade.
A queima de combustível na cavidade é nor-malmente completa com quantidade de excesso de ar oti-mizada, mas condições estequiometricas ou redutoras sãoigualmente possíveis, se for preferível. Uma concreti-zação preferida consiste em queimar o combustível comalto excesso de ar para gerar ar de combustão de altatemperatura para a fornalha principal. A própria com-bustão pode ser escalonada, mas o fluxo de gás de com-bustão gerado na cavidade tem fator de excesso de arelevado. Nesta opção, o fluxo de gás de combustão éconduzido para a fornalha principal por intermédio devários orifícios, os quais podem ser localizados1 em di-ferentes alturas.
As paredes da cavidade de superaquecedorsão projetadas como superfícies de transferência de Ca-lor refrigeradas a água, que são conectadas ao sistemade circulação de água/vapor principal de uma caldeirade recuperação através de tubos de conexão para a mis-tura de água/vapor-água de entrada e mistura de á-gua/vapor de água de saída. Desta maneira, as superfí-cies térmicas formam uma parte do sistema de água prin-cipal de uma caldeira de recuperação- 0 sistema de á-gua principal e conseqüentemente, o sistema de água dacavidade de superaquecedor pode ser do tipo de circula-ção natural ou circulação forçada, ou do chamado umavez direta, sendo este último tipo para as pressões devapor/água mais altas. Nas caldeiras de circulação na-tural isto significa que a água de refrigeração é ali-mentada por meio de tubos de descida a partir de umtambor até aos barriletes que alimentam as paredes dacavidade ou cavidades, e a mistura de água-vapor prove-nientes destas paredes é coletada e alimentada de voltaao tambor. A cavidade pode ter paredes separadas inde-pendentes , mas parte das paredes da cavidade ou partedas paredes das cavidades pode ser comum com a parte"convencional" de uma caldeira de recuperação.
De acordo com outra concretização do sis-tema exposto neste contexto, o interior da cavidade éainda provido de meios para a transferência de calorproveniente dos gases de combustão produzidos na cavi-dade para o vapor que flui nos meios permutadores decalor. Os meios permutadores de calor servem como umsuperaquecedor final para o vapor gerado na seção desuperaquecedor de uma caldeira de recuperação. 0 vaporsuperaquecido final é alimentado à turbina.
0 sistema permite que o vapor produzido nacaldeira de recuperação seja aquecido nas seções detransferência de calor convencionais, por exemplo, eco-nomizadores, grupo de caldeiras, e superaquecedores, deuma caldeira de recuperação em um grau tal que não o-corre substancialmente corrosão de alta temperatura,isto é, abaixo de 54 0°C, otimamente 4 80-520°C, e depoisdisso o vapor é finalmente superaquecido para 500-600°C, otimamente para 520-560°C na cavidade de combus-tão, que serve como um superaquecedor final. O sistemade caldeira de recuperação pode ser provido de um oumais superaquecedores (cavidades) finais.
O licor queimado em uma caldeira de recu-peração pode ser originado de todos os tipos de proces-sos de polpação, utilizando-se todos os tipos de mate-rial bruto de fibra. Licor de ref ugo isento de enxo-fre, ou licor com teor de Cl e K quase zero proporcionavantagem especial, porque ele permitirá utilizar altapressão no sistema de refrigeração a água da fornalha ea utilização de alta temperatura de vapor sob pressão ereaquecimento da temperatura de vapor já no fluxo degás de combustão principal. Por exemplo, quando sequeima licor isento de enxofre, as temperaturas de va-por mais altas poderão estar no fluxo de gás de combus-tão principal. Licor usado isento de enxofre é forma-do, por exemplo, em um processo de polpação por soda eum processo de polpação por soda-antraquinona.
Uma localização preferível para uma cavi-dade é a parede frontal, que fica oposta à parede de"bico arredondado", mas uma cavidade pode ser construi-da também nas paredes laterais, seja como uma cavidade,ou como diversas cavidades. A localização ou localiza-ções de uma cavidade ou das cavidades pode ser na dire-ção vertical em qualquer local, em relação à parte con-vencional da caldeira, limitada tão somente pela circu-lação de água de refrigeração.
A cavidade de superaquecedor para o supe-raquecimento final do vapor da caldeira de recuperaçãoé aquecida pela queima de combustível. Um queimador ouqueimadores para o combustível ficam localizados no to-po de uma cavidade, no fundo de uma cavidade, ounas pa-redes de uma cavidade. A cavidade também pode ser lo-calizada em uma posição horizontal, quando a localiza-ção de maior preferência para o queimador ou queimado-res é em uma parede extrema da cavidade.
O sistema de ar de combustão da cavidadede superaquecedor é uma parte do sistema de ar de com-bustão de uma caldeira de recuperação. Ele também podeser dotado de um sistema de ar separado com uma ventoi-nha de ar individual, condutos de conexão entre a- ven-to inha e os queimadores e qualquer equipamento necessá-rio para o controle do ar de combustão.
Os gases de combustão provenientes da ca-vidade de superaquecedor são conduzidos para dentro deuma caldeira de recuperação, preferentemente para a en-trada do superaquecedor principal, onde eles são mistu-rados com a corrente de gás de combustão principal pro-veniente da fornalha. Outras localizações para a cone-xão de gás são igualmente possíveis, tais como toda aárea desde a parte inferior da fornalha até à extremi-dade de entrada do economizador. A conexão de gás desaida através da parede da caldeira compreende prefe-rentemente mais do que uma abertura, e uma possibilida-de é projetar o sistema de combustão de uma cavidade deuma maneira tal que excesso de ar de combustão é ali-mentado a uma cavidade. Este ar é aquecido em uma ca-vidade, e então ele flui em conjunto com os gasesi decombustão da cavidade para a fornalha principal paraser usado no sistema de combustão da fornalha princi-pal. Nesta opção, a solução preferida requer duas ca-vidades nas paredes opostas, preferentemente nas pare-des frontal e traseira. O primeiro superaquecedor e oreaquecedor final poderão ser então localizados em ca-vidades separadas. Os fluxos de gás provenientes dascavidades podem ocorrer por meio de vários orifícios,os quais ficam dispostos em diversas alturas. Os ori-fícios podem ser dotados de dispositivos de controlepara controlarem a localização da mistura gás de com-bustão/ar de fluxo de saida, que permite controlar, se-ja os gases de combustão da cavidade que são usados pa-ra aquecimento do vapor de pressão ou vapor de reaque-cedor . Na eventualidade do superaquecedor final e doreaquecedor final ficarem localizados na mesma cavida-de , o sistema de controle poderá ser utilizado paracontrolar temperaturas de vapor, como tais ou como par-te de todo o sistema de controle.Com o sistema exposto, a pressão e a tem-peratura de operação do vapor extraído de uma parte dealta pressão de uma turbina é aumentada por meio de umreaquecedor de dois estágios, e o vapor assim reaqueci-do é expandido na parte(s) de pressão media da turbina,pelo que é gerada mais eletricidade, ou seja, é geradamais potência pelo calor recuperado no vapor.
Sumário do Desenho
A invenção será descrita em seguida deforma mais detalhada com referência ao desenho em ane-xo, onde se encontra ilustrada uma concretização da in-venção :
A Figura 1 é um diagrama esquemático deuma caldeira de recuperação em uma usina de polpa quí-mica kraft.
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Descrição Detalhada do Desenho
A Figura 1 mostra uma fornalha 3 de umacaldeira de recuperação tipica 1, tal como uma caldeirade recuperação Kraft, usada para a combustão de licornegro, tendo uma estrutura formada de paredes de tubosrefrigerados a água 6. A mistura água-vapor geradadesta maneira é superaquecida em superaquecedores 8convencionais localizados parcialmente na blindagem deum "bico arredondado" acima da fornalha. Nos supera-quecedores 8 é recuperado o calor dos gases de combus-tão 26 gerados durante a combustão do.licor negro. Ti-picamente, um grupo de caldeiras 9. e economizadores 10serve como a superfície após aquecimento na caldeira.
Depois do superaquecedor, os gases de combustão são en-caminhados para o grupo de caldeira 9 e para os econo-mizadores 10.
A caldeira de recuperação 1 inclui uma ca-vidade 2 que pode ser disposta adjacente a uma seçãosuperior de uma parede da caldeira. Uma fornalha 3 dacaldeira de recuperação gera gases de combustão 26 quefluem ascendentemente para e passam por uma entrada defluxo a partir de uma cavidade 2. Ar de combustão 4 éalimentado à fornalha para promover combustão, tipica-mente em várias elevações, das quais apenas uma estáilustrada. Uma linha de alimentação de licor 5 propor-ciona licor negro que é alimentado à fornalha, prefe-rentemente em uma elevação acima de uma zona de combus-tão primária na fornalha. As paredes 6 da fornalha sãopreferentemente refrigeradas a água. Um bico arredon-dado 7 na caldeira geralmente define as regiões superi-ores da zona de combustão e a transição na fornalha pa-ra os superaquecedores 8. Uma cavidade 2 fica situadaoposta e de uma maneira geral na mesma elevação do bicoarredondado. Ajusante dos superaquecedores, os gasesde combustão passam através de um grupo de caldeira 9 eeconomizadores 10, em que todos os três recuperam calora partir dos gases de combustão, Um conduto de descar-ga 11 permite que os gases de combustão saiam da cal-deira .
Uma linha de fluido 12 proporciona água dealimentação para a caldeira, por exemplo, para o grupode caldeira 9 e economizadores 10.
A cavidade 2 pode compreender uma únicacâmara ou uma pluralidade de cavidades que ficam dis-postas em paralelo e/ou em série. A cavidade pode com-partilhar uma parede com a fornalha e as paredes de umacavidade podem ser refrigeradas a água. Gases de com-bustão gerados em uma cavidade 2 fluem para a fornalhacomo gases de combustão adicionais 27. A cavidade podeincluir um superaquecedor 13. Vapor superaquecido fluipor meio do conduto de vapor 23 a partir dos superaque-cedores convencionais 8 na caldeira para o superaquece-dor(s) 13 em uma cavidade (ou cavidades).
Vapor superaquecido proveniente dos supe-raquecedores de cavidade 13 flui por meio do conduto devapor 18 para uma turbina a vapor 14 que pode incluirum estágio de alta pressão 15, um estágio de pressãomédia 16 e um estágio de baixa pressão 116. A turbinaa vapor 14 pode ser uma turbina de alta pressão (HPT)15 separada em relação a uma turbina de dois estágiosque tem um estágio de turbina de pressão média (MPT) 16e um estágio de turbina de baixa pressão (LPT) 116. Aturbina 14 aciona um gerador 17 que pode produzir po-tência elétrica e/ou mecânica para a usina. 0 supera-quecedor 13 emite como saida vapor por meio do conduto18 que aciona a turbina de alta pressão 15.
Vapor proveniente da turbina de alta pres-são flui por meio do conduto 19 para uma primeira seçãode um reaquecedor 20 na corrente de gás de "combustão eentre o superaquecedor 8 ande o grupo de caldeira 9.Uma segunda seção 21 do reaquecedor recebe vapor pormeio do conduto de vapor 22 a partir do primeiro está-gio de reaquecedor 20. A segunda seção de reaquecedor21 está disposta em uma cavidade 2. Preferentemente, osegundo reaquecedor está abaixo do superaquecedor 13 eestá a jusante na trajetória do gás de combustão 27 quepassa através de uma cavidade. Vapor proveniente dasegunda seção de reaquecedor 21 flui por meio do condu-to 24 para a turbina de estágio médio 16.
A cavidade 2 pode incluir um ou mais quei-madores 25. Gases de combustão (que podem incluir arde combustão quente) 27 formados em uma cavidade entramna fornalha e combinam-se com os gases de combustão 26na fornalha de uma caldeira de recuperação. Ar de com-bustão 2 8 é injetado dentro de uma cavidade 2 para pro-mover a combustão nos queimadores 25. Os queimadores25 de uma maneira geral queimam combustível de gás Ge-rado em um gaseificador 29 e que flui por meio do con-duto de suprimento de gás 30. O gás gerado pelo gasei-ficador 29 pode ser distribuído 31 para outros propôsi-tos adicionalmente à provisão de combustível os queima-dores de cavidade 25. O gás proveniente do gaseifica-dor pode ser limpo ou de outro modo tratado em um dis-positivo de tratamento de gás 32 antes de fluir para osqueimadores.
O conduto de descarga de caldeira 11 per-mite que os gases de combustão deixem a caldeira e en-trem em um precipitador e1etrostático 33 e então umdispositivo de tratamento de emissões de NOx 43, porexemplo, um catalisador seletivo para reduzir e/ou oxi-dar óxidos nitrosos (de-NOx). Os gases de combustão dedescarga podem também passar através de um pré-aquecedor 34 que aquece o ar de combustão 114, seja comvapor ou com gases de combustão (esta opção está ilus-trada neste contexto) . Do pré-aquecedor 34, o gás decombustão pode ser descarregado para uma chaminé 4 4.
Aquecedores de água de alimentação 35, 36recebem água de alimentação proveniente de um tanque deágua de alimentação 37. Vapor de descarga provenienteda turbina de alta pressão (HPT) proporciona energiatérmica para o aquecedor de água de alimentação 36, queproporciona água para a caldeira, O vapor de descarga38, 39 proveniente da turbina de pressão média (MPT) eo vapor de descarga 40 proveniente da turbina de pres-são baixa (LPT) proporcionam energia térmica para osestágios de aquecedores sucessivos 35.
Vapor de contrapressão 41, por exemplo,vapor de pressão baixa, descarregado a partir da turbi-na 14 pode ser proporcionado para a usina e para o ci-clo de vapor. De forma assemelhada, vapor de extração42, por exemplo, vapor de pressão média, pode ser des-carregado a partir da turbina para a usina.
Na caldeira de recuperação 1, a pressão devapor é tal que não ocorre corrosão excessiva nas pare-.des de tubos refrigerados a água da fornalha. A tempe-ratura de saturação na emulsão de água-vapor mais a di-ferença de temperatura devida ao fluxo de calor de en-trada proveniente da superfície dos tubos na água é me-nor do que 4 00-500°C, tipicamente menor do que 4 00°C,que é a temperatura de superfície dos tubos. A tempe-ratura de vapor é aumentada sobre os valores típicosmediante a integração na caldeira de recuperação 1 deuma câmara ou cavidade de combustão especial 2. 0 va-por é superaquecido no superaquecedor convencional 8para um grau tal que não ocorre corrosão de alta tempe-ratura, por exemplo, 4 80-54 0°C, otimamente 480-520°C.
Então, o vapor 23 proveniente dos superaquecedores 8 éconduzido a um superaquecedor 13 localizado na cavidadede combustão especial 2 integrada em uma caldeira derecuperação, cavidade essa em que ocorre o restante dosuperaquecimento até 500-600°G, otimamente até 52 0-560°C. O número de cavidades poderá ser maior do queum. O vapor de alta pressão gerado 18 é tipicamenteainda encaminhado para o estágio de alta pressão 15 deuma turbina a vapor 14, a fim de produzir eletricidadee vapores de processo necessários na usina. A turbinaa vapor tem uma parte de alta pressão 15 e uma parte depressão média/baixa 16.
Na cavidade 2, um combustível é queimado afim de produzir calor para superaquecimento de vapor.O combustível a ser queimado em um queimador ou queima-dores 25 com chama é de tal forma limpo ou tem uma com-posição tal que ele não provoca corrosão de alta tempe-ratura . Gases de combustão e ar de combustão excedente27 proveniente de uma cavidade 2 são introduzidos nacorrente de gás de combustão 26 da caldeira de recupe-ração. Preferentemente, os gases de combustão proveni-entes da cavidade são encaminhados através de diversasaberturas na parede da caldeira de recuperação, abertu-ras essas que podem estar dispostas a várias alturas, elocalizadas na direção da largura em diversas localiza-ções.
A cavidade 2 está incluida como uma partede uma caldeira de recuperação convencional, de formaque as paredes de uma cavidade são refrigeradas a águacomo na parte convencional da fornalha, no grupo decaldeira e em outras áreas quentes, e esta refrigeraçãoestá integrada em um tambor ou tambores da caldeiraconvencional com circulação.natural. Em caldeiras dotipo uma vez-direta esta integração significa que asparedes de uma cavidade são refrigeradas pela água oufluxos de vapor do sistema de uma vez-direta. 0 mesmotipo de integração com água de circulação também é Va-lido para caldeira de recuperação do tipo de circulaçãoforçada, na eventualidade de ser utilizada esta dispo-sição . A vantagem principal consiste na introdução decalor proveniente da refrigeração de uma cavidade nomesmo fluxo ou fluxos de água ou vapor da mesma pressãocomo no fluxo principal da parte "convencional" de umacaldeira de recuperação. 0 ar 28 para a combustão pôdeser obtido a partir da parte "convencional'' de uma cal-deira de recuperação ou a cavidade pode ser equipadacom ventoinhas ou compressores individuais.
Preferentemente, um gás de combustão 30para uma cavidade é produzido em um gaseificador 29 porgaseificação de material de biomassa. Preferentemente,o combustível compreende combustíveis baseados em ma-deira sólidos, tais como madeira, aparas de madeira,aparas de casca, madeira deformada, aparas de plaina,pó de serra, resíduos florestais baseados em madeira.Quando se utiliza biomassa como combustível, o processopode ser aperfeiçoado de forma significativa quando ocombustível é suficientemente secado. A eficiência deprodução de energia total pode ser aumentada quando asecagem é baseada no uso de calor a partir dos gases decombustão da caldeira de recuperação, a partir da pro-dução refinada, ou a partir de perdas de convecção ouradiação de uma caldeira de recuperação. A eficiênciaé também aperfeiçoada quando o ar de combustão necessá-rio é aquecido por utilização das fontes de calor men-cionadas.
Uma parte dos gases provenientes da gasei-ficação é usada na cavidade 2 como combustível limpo 30no queimador 25 para superaquecer o vapor no superaque-cedor 13 e também para propósitos de reaquecimento noreaquecedor 21. Parte 31 dos gases pode ser usada paraoutros propósitos na usina de polpa, tal como em umforno de cal. Se este tipo de combustível não estiverdisponível, outros combustíveis tais como gás natural,LPG, óleo, metanol, biomassa liqüefeita e outros pode-rão ser utilizados. O critério para o combustível é anatureza não-corrosiva sob as condições de cavidade.Esta natureza não-corrosiva pode ser criada no gás apartir da gaseificação 29 por limpeza do gás em um Tra-tamento 32. Este tratamento pode incluir filtragem es-pecial, processos cataliticos, refrigeração de gás eassemelhados.
0 vapor sob pressão 18 proveniente da ca-vidade 2 é expandido para uma temperatura de 250-400°Cna parte de alta pressão da turbina. A caldeira de re-cuperação 1 é provida de um reaquecedor 20, 21 para re-aquecimento do vapor expandido na turbina. Preferente-mente, o reaquecedor é dotado de dois estágios ou par-tes. O primeiro estágio 20 fica localizado na seção desuperaquecedor convencional da caldeira de recuperaçãoonde ele é aquecido por calor dos gases de combustãogerados na fornalha da caldeira de recuperação. Tipi-camente o primeiro estágio fica disposto entre os supe-raquecedores 8 e grupo de caldeira 9. No primeiro es-tágio o vapor é tipicamente reaquecido para 450-540°C,preferentemente para 450-500°C.
O segundo estágio do reaquecedor é formadode meios permutadores de calor localizados na cavidade2. O vapor reaquecido no primeiro estágio 20 é condu-zido através da linha 22 para o segundo estágio 21 nacavidade. O vapor é ainda reaquecido para uma tempera-tura de 4 80-600°C, preferentemente para 490-560°C. Ovapor proveniente do reaquecedor é descarregado da ca-vidade para a parte de pressão média 16 da turbina 14,onde o vapor é expandido para contrapressão. O vapor éexpandido, parcialmente ou totalmente, para pressão decondensação, se a turbina 14 tiver uma parte de conden-sação. O número de cavidades pode ser um ou mais. se-gundo uma concretização, pelo menos duas cavidades se-paradas são necessárias quando o superaquecimento finalde vapor e o reaquecimento ocorrem em locais separados.
Vapores de pressões diferentes podem serextraídos a partir da turbina 14 através das linhas 38- 42 e usados para propósitos diferentes do ciclo devapor, por exemplo, para preaquecimento da água de ali-mentação de caldeira nos aquecedores 35-36, e para asnecessidades da usina.
0 uso do sistema ou método exposto nestecontexto não fica limitado à queima de um determinadolicor usado, mas ele pode ser aplicado em conexão comdiversos licores usados, tais como licores usados Pro-venientes de um processo de polpação Kraft e um proces-so de polpação por soda. A forma básica de uma caldei-ra de recuperação não tem de ser de acordo com com a-quela ilustrada na Figura 1- Por exemplo, o número decondutos onde as superfícies de transferência de calorficam localizadas pode ser na parte principal da cal-deira de recuperação desde um até vários. A forma dacavidade também pode variar. Além disso, a disposiçãopara o preaquecimento da água de alimentação e preaque-cimento do ar de combustão ilustrados na Figura tambémpodem ser modificados e variados.
A invenção não se destina a ficar limitadaà concretização ilustrada e descrita anteriormente, masela pode ser modificada e variada dentro do escopo eespirito da invenção tal como definido pelas reivindi-cações seguintes.
Claims (21)
1. - Caldeira de recuperação de licor usadona indústria de polpa e papel, que compreende:um sistema de circulação de água/vapor do-tado de superaquecedores, sendo o dito sistema de cir-culação conectado a uma turbina a vapor que compreendeum estágio de alta pressão, euma fornalha para queimar licor usado paraproduzir gases de-combustão, e incluindo uma parte su-perior através da qual fluem os gases de combustão,caracterizada pelo fato de que o s i stemade circulação de água/vapor é provido de um reaquecedorpara reaquecer vapor proveniente do estágio de altapressão da turbina.
2. - Caldeira de recuperação de licor usadode acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fa-to de que o reaquecedor compreende ainda uma primeiraparte e uma segunda parte; em que a primeira parte ficalocalizada em um fluxo de gás de combustão produzido nafornalha, e sendo a dita primeira; parte conectada a umasaida de vapor do estágio de alta pressão da turbina.
3. - Caldeira de recuperação de licor usadode acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fa-to de que a caldeira de recuperação é provida de pelomenos uma cavidade dotada de paredes formadas de tubosrefrigerados a água; a dita pelo menos uma cavidadecompreendendo um queimador que gera gases de combustãona cavidade, em que a segunda parte do reaquecedor élocalizada na cavidade e está conectada à primeira par-te do reaquecedor.
4. - Caldeira de recuperação de licor usadode acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fa-to de que a turbina é provida de um estágio de pressãomédia, e em que a segunda parte do reaquecedor é conec-tada à entrada de vapor do estágio de pressão média daturbina.
5. - Caldeira de recuperação de licor usadode acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fa-to de que um interior da dita pelo menos uma cavidade éprovida de um superaquecedor final para superaquecimen-to final do vapor gerado na caldeira, em que o supera-quecedor final e o reaquecedor final ficam localizadosna cavidade.
6. - Caldeira de recuperação de licor usadode acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fa-to de que a caldeira de recuperação é provida de pelomenos duas cavidades, uma primeira e uma segunda cavi-dade, sendo cada cavidade dotada de paredes formadas detubos refrigerados a água e compreendendo um queimadorpara queimar um combustível para gerar gases de combus-tão na cavidade; em que a segunda parte do reaquecedorfica localizada no interior da primeira cavidade e estáconectada à primeira parte do reaquecedor,
7. - Caldeira de recuperação de licor usadode acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fa-to de que o interior da segunda cavidade é provida deum superaquecedor para superaquecimento final do vaporgerado na caldeira.
8. - Caldeira de recuperação de licor usadoto de que a primeira cavidade e a segunda cavidade fi-cam localizadas nas paredes opostas da caldeira de re-cuperação .
9. - Método para produzir energia em umausina de polpa dotada de uma caldeira de recuperação euma turbina com uma parte de alta pressão, caracteriza-do pelo fato de o dito método compreender:a) queimar licor usado proveniente de um pro-cesso de polpação em uma fornalha da caldeira derecuperação para gerar gases de combustão;b) recuperar calor dos gases de combustão pa-ra produzir vapor na caldeira de recuperação;c) superaquecer o vapor proveniente da etapa b) ,d) expandir o vapor proveniente da etapa c)para uma temperatura-de 250-400°C na parte de al-ta pressão da turbina,em que a caldeira de recuperação é provida de um rea-quecedor, e o vapor proveniente da etapa d) é reaqueci-do para uma temperatura de 450-600°C no reaquecedor.
10. - Método de acordo com a reivindicação-9, caracterizado pelo fato de que o vapor expandido éreaquecido em dois estágios, no primeiro estágio pelosgases de combustão provenientes da etapa a) e no segun-do estágio pelo calor gerado na queima de um combustivel.
11. - Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a caldeira de recu-peração é provida de pelo menos uma cavidade, em que ocombustível é queimado para gerar calor e gases de com-bustão, e o segundo estágio é realizado em uma cavidade.
12. - Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o vapor é reaquecidono segundo estágio para uma temperatura de 480-600°C.
13. - Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o vapor é reaquecidono segundo estágio para uma temperatura de 490-560°C.
14. - Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o vapor reaquecido éconduzido para uma parte de pressão média da turbina,em que ele é expandido para contrapressão.
15. - Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o vapor reaquecido éconduzido para uma parte de condensação da turbina, emque ele é expandido para a pressão de condensação.
16. - Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o combustível de ma-deira ou outra biomassa é gaseificado para produzir umgás combustível, o qual é limpo e usado como combustí-vel na cavidade, em que o gás limpo é queimado paraproduzir calor e gases de combustão.
17. - Método de acordo com a reivindicação-11, caracterizado pelo fato de que o excesso de ar decombustão é alimentado para dentro da cavidade e umamistura de ar quente e gases de combustão é formada nacombustão na cavidade.
18. - Método de acordo com a reivindicação-17, caracterizado pelo fato de que a mistura de arquente e gases de combustão é conduzida à fornalha dacaldeira de recuperação para ser usada na etapa a).
19. - Método de acordo com a reivindicação-11, caracterizado pelo fato de que os gases de combus-tão gerados na cavidade são misturados com os gasesprovenientes da etapa a).
20 - Método de acordo com a reivindicação-11, caracterizado pelo fato deque a etapa c) é realiza-da parcialmente em uma cavidade.
21. - Método de acordo com a reivindicação-9, caracterizado pelo fato de que o vapor provenienteda etapa d) é reaquecido para uma temperatura de 520--560°C.
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