BRPI0609999B1 - 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 INDÚSTRIA DE POLPA E PAPEL E MÉTODO PARA PRODUZIR ENERGIA EM UMA USINA DE POLPA
Refere-se a presente invenção a uma caldeira de recuperação de licor usado que compreende um sistema de circulação de água/vapor dotado de supera-quecedores e reaquecedores, e uma fornalha para queimar licor usado para produzir gases de combustão, e incluindo uma parte superior através da qual fluem os gases de combustão. 0 sistema de circulação de água/vapor é conectado a uma turbina a vapor que compreende um estágio de alta pressão e um estágio de média pressão. 0 superaquecimento de vapor sob pressão e o reaquecimento de vapor são realizados utilizando-se uma disposição com a qual a corrosão pode ser reduzida.
Nas usinas de polpa química, os produtos químicos de cocção de um processo de polpação são recuperados a partir do licor usado, por exemplo, licor negro no polpação Kraft, pela queima do licor em uma caldeira de recuperação, seja sozinho ou em conjunto com outras correntes de "refugo". 0 processo de queima é exotérmico e a energia liberada é recuperada como vapor superaquecido pressurizado. A energia de vapor é recuperada era uma turbina a vapor na forma de energia elétrica e vapor de diferentes pressões para necessidades de processo. A polpação Kraft que produz licor negro é o método de polpação predominante e é usado neste contexto para descrever a invenção. A invenção pode ser aplicada em vários tipos de usinas de polpas químicas e outros processos. Embora o termo "licor negro" seja comumente usado no contexto de polpação Kraft, ele também é usado neste contexto para se referir a todos os tipos de licores usados.
Tradicionalmente, energia é produzida em uma usina de polpa pela combustão de licor negro em uma caldeira de recuperação, e refugos de madeira e casca em uma caldeira auxiliar. A casca de material de madeira bruta e a substância orgânica do licor negro gerado em conjunto normalmente preenchem a totalidade da demanda de energia da usina de polpa. Se for necessária mais energia na usina de polpa, combustível adicional poderá ser adquirido. O combustível adicional é queimado com casca de madeira em uma caldeira auxiliar. Por exemplo, um forno de cal pode ser operado com óleo ou com gás natural. Atualmente, a produção de força freqüentemente ocorre como exposta em seguida: (i) a caldeira de recuperação e a caldeira auxiliar, em que a casca produzida na usina é queimada, produz vapor de alta pressão superaquecido; (ii) 0 vapor produzido é alimentado a uma ou mais turbinas a vapor de contra-pressão e o vapor proveniente da descarga de turbina proporciona calor para a usina; e (iii) A turbina e o gerador conectado à mesma produzem a eletricidade necessária para a usina. Eletricidade é usualmente produzida por uma turbina de contrapressão que é dotada de uma ou mais drenagens. A contrapressão usada é de 3-6 bar (abs.) e a pressão de drenagem 8-16 bar (abs.)· A produção de eletricidade também pode ser realizada por meio de uma turbina de condensação ou por meio de um estágio de condensação na turbina a vapor, em seguida ao estágio de contrapressão. A madeira contém pequenas quantidades de potássio (K) e de cloro (Cl). Estes elementos permanecem no licor negro durante a cocção. Eles podem entrar também no licor negro por meio dos produtos químicos de reprocessamento, ou por meio de conexões internas dentro da usina. Na caldeira de recuperação, estes elementos são enriquecidos na poeira de cinzas e aumentam a corrosão do gás de combustão especialmente no supera-quecedor. A ação corrosiva de Cl e K aumenta com a temperatura. A ação corrosiva de Cl e K impõe um limite de temperatura superior no vapor gerado na caldeira de recuperação. Este limite para a temperatura de vapor superaquecido é tipicamente 400°C a 490°C, na dependência do teor de cloro e potássio. Com materiais especiais ou com licores dotados de um teor de Cl e K muito baixo, seja naturalmente ou por meio de descarga de poeira de cinzas ou por meio de processo de remoção de Cl e K, têm sido usadas temperaturas de até 520°C. Por causa de a ação corrosiva de Cl e K de um modo geral requerer que a temperatura do vapor superaquecido seja mantida relativamente baixa, a pressão de vapor também é baixa. Estas limitações de temperatura resul- tam em rendimento de baixa potência a partir do calor gerado na caldeira de recuperação, em comparação com as caldeiras de força normais que queimam carvão, gás Natural ou óleo.
As limitações de temperatura de 400°C a 490°C e 520°C no vapor em uma caldeira de recuperação não são tão estritamente válidas com casca originária de toros, mas a poeira de cinzas proveniente da combustão de casca pode conter também cloro e potássio. Como o teor de enxofre da casca é muito baixo, o cloro reage na caldeira de casca com metais, o que por sua vez pode resultar em corrosão do superaquecedor. O fluxo calo-rimétrico na casca também é muito mais baixo do que no fluxo de licor negro ("refugo"), devido ao fluxo de massa muito mais baixo. Isto depende do rendimento de polpa na polpação e da quantidade de casca na madeira a partir da qual a polpa é preparada. A WO 03/104547 e correspondente pedido de patente U.S. publicado 2005/0252458 expõe um sistema para aumentar a temperatura e pressão do vapor supera-quecido produzido em uma instalação de caldeira de recuperação de uma usina de polpa, de uma maneira tal que não ocorre qualquer corrosão ou a proporção de corrosão encontra-se sob níveis aceitáveis. A WO 03/104547 e correspondente pedido de patente U.S. publicado 2005/0252458 expõe um sistema em que a caldeira de recuperação é provida de pelo menos uma cavidade dotada de paredes formadas de tubos refrigerados a água conec- tados ao sistema de circulação de água/vapor da caldeira de recuperação. 0 interior da cavidade é provido de um permutador de calor para superaquecimento final do vapor gerado na caldeira de recuperação, pelo que o permutador de calor é conectado aos superaquecedores da caldeira. A cavidade é aquecida pela queima de combustível de uma maneira que são asseguradas condições não-corrosivas na cavidade do superaquecedor. 0 combustível pode ser um gás produzido por gaseificação de bio-massa. A característica básica deste sistema é a de que é proporcionada pelo menos uma cavidade de combustão em conexão com a caldeira de recuperação para o superaquecimento final do vapor produzido na seção de superaquecedor da caldeira de recuperação.
Sumário da Invenção Expõe-se um sistema neste contexto para aumentar o rendimento de potência na produção de energia em uma usina de polpa de uma maneira tal que os problemas de corrosão podem ser reduzidos ao mínimo. 0 sistema exposto deverá aperfeiçoar o rendimento, por exemplo, da eficiência elétrica global da caldeira de recuperação e do conjunto de turbina a vapor.
Uma característica do sistema exposto é a de que o sistema de circulação de vapor/água da caldeira de recuperação é provido de um reaquecedor para rea-quecer o vapor proveniente da parte de alta pressão da turbina. 0 reaquecedor compreende uma primeira parte e uma segunda parte, em que a primeira parte fica localizada no fluxo de gás de combustão produzido na fornalha da caldeira de recuperação e a primeira parte está conectada à saída de vapor da parte de alta pressão da turbina. A caldeira de recuperação é preferentemen-te provida de pelo menos uma cavidade tal como descrita na publicação WO No. 03/104547 mencionada anteriormente, no nome dos mesmos inventores, e que fica plenamente incorporada neste contexto por referência. 0 número de cavidades pode ser maior do que um, por exemplo, poderá ser dois. A segunda parte do reaquecedor(s) fica localizada no interior da cavidade. Δ segunda parte do reaquecedor(s) é conectada ao primeiro estágio do reaquecedor e à turbina, preferentemente, a uma entrada de vapor da parte de média pressão da turbina. A cavidade compreende meios para queimarem um combustível e pelo menos uma saída para descarga de gases de combustão para a caldeira de recuperação. Os gases de combustão provenientes da cavidade podem ser ou misturados aos gases de combustão provenientes da fornalha principal, em alta temperatura, ou os gases de cavidade de combustão podem ter uma rota própria para a atmosfera. Se a rota for independente da rota de fluxo de gás de combustão principal, os gases de cavidade de combustão podem, depois de limpeza, ser usados, tal como secagem de polpa 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 ser provido de um superaquecedor para superaquecimento final do vapor gerado na caldeira de recuperação. De a-cordo com outra concretização, o superaquecimento final e o reaquecimento são realizados em cavidades diferentes. Para propósitos de ilustração, somente uma cavidade é descrita adiante, mas a cavidade pode ser implementada como uma pluralidade de cavidades.
De acordo com o sistema exposto neste contexto, um reaquecedor para reaquecer vapor a partir da turbina é proporcionado em conexão com uma caldeira de recuperação. Vapor sob pressão é produzido na seção de superaquecedor da caldeira de recuperação e então expandido no estágio de alta pressão (HPT) da turbina para 250-400°C. 0 vapor é descarregado a partir do estágio de alta pressão da turbina, e retornado à caldeira onde a sua temperatura é aumentada no reaquecedor para 450-600°C, preferentemente para 520-560°C. Preferente-mente o vapor é reaquecido em dois estágios. 0 primeiro estágio do reaquecedor fica localizado na seção de superaquecedor convencional da caldeira de recuperação. Neste primeiro estágio, o vapor expandido na turbina é reaquecido pelos gases de combustão gerados na fornalha da caldeira de recuperação, tipicamente para 450-540°C, preferentemente para 450-500°C. 0 vapor parcialmente reaquecido é para o segundo estágio do reaquecedor, em que ele é finalmente reaquecido para 480-600°C, prefe-rentemente para 490-560°C. 0 sistema também pode ser tal que vapor sob pressão proveniente de uma caldeira auxiliar de pressão mais baixa, ou proveniente de recuperação de calor é ou alimentado ao estágio de alta pressão da turbina a vapor entre a alimentação do vapor sob pressão e a saida da turbina, ou misturado com vapor proveniente do estágio de alta pressão da turbina antes do vapor entrar no reaquecedor. Para esta parte de vapor, o reaquecedor compreende um estágio do superaquecimento final. Ά mistura pode ocorrer também no reaquecedor, se as temperaturas dos vapores a serem misturados forem aproximadamente as mesmas. 0 vapor reaquecido é conduzido do segundo estágio 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 condensação, parcialmente ou totalmente.
De acordo com uma concretização do sistema exposto neste contexto, a caldeira de recuperação é provida com dois reaquecedores, um para reaquecimento de vapor a partir da parte de alta pressão da turbina, e o outro para reaquecimento de vapor proveniente da primeira parte intermediária da turbina. Desta maneira, o ciclo de vapor tem de compreender dois reaquecedores. Isto requer alta pressão de vapor, como nos ci- cios de vapor de utilidade. As caldeiras de recuperação diferem das caldeiras de utilidade na disposição necessária para impedir a corrosão nas partes quentes do superaquecedor e do reaquecedor(s). Se existirem dois reaquecedores no ciclo de vapor, cada reaquecedor preferentemente é dotado de dois estágios tais como descritos anteriormente. Também neste caso, o vapor proveniente de uma caldeira auxiliar, ou proveniente da recuperação de calor, pode ser misturado no vapor frio que entra no reaquecedor. 0 sistema permite que o vapor extraído do estágio de alta pressão da turbina seja primeiro aquecido nap arte de reaquecedor localizada na seção de superaquecedor convencional de uma caldeira de recuperação em um grau tal que corrosão de alta temperatura não ocorre substancialmente, abaixo de 500°C, e depois disso o vapor é finalmente reaquecido a 480-600°C, opcionalmente a 490-560°C na cavidade de combustão, que serve como um reaquecedor final. 0 combustível queimado oara o reaquecedor (s) final é tal que ele não provoca corrosão de alta temperatura. A cavidade de superaquecedor para o rea-quecimento final do vapor de descarga da turbina de alta pressão é preferentemente aquecida pela queima de combustível de uma maneira tal que são asseguradas condições não-corrosivas na cavidade de superaquecedor. 0 combustível pode ser um gás produzido por gaseificação de biomassa. A corrosão das superfícies térmicas pode ser evitada por combustão adicional de combustível sul-furoso. Da mesma maneira, a limpeza do gás antes da combustão na cavidade de superaquecedor assegura condições não-corrosivas sob temperaturas mais elevadas. Sm vez do gás produzido a partir de biomassa, outros combustíveis poderão ser usados, por exemplo, gás natural, LPG, biomassa liquefeita, metanol e outros. 0 critério para o combustível é a natureza nâo-corrosiva sob as condições da cavidade. A queima de combustível na cavidade é normalmente completa com quantidade de excesso de ar otimizada, mas condições estequiométricas ou redutoras são igualmente possíveis, se for preferível. Uma concretização preferida consiste em queimar o combustível com alto excesso de ar para gerar ar de combustão de alta temperatura para a fornalha principal. A própria combustão pode ser escalonada, mas o fluxo de gás de combustão gerado na cavidade tem fator de excesso de ar elevado. Nesta opção, o fluxo de gás de combustão é conduzido para a fornalha principal por intermédio de vários orifícios, os quais podem ser localizados em diferentes alturas.
As paredes da cavidade de superaquecedor são projetadas como superfícies de transferência de Calor refrigeradas a água, que são conectadas ao sistema de circulação de água/vapor principal de uma caldeira de recuperação através de tubos de conexão para a mistura de ãgua/vapor-água de entrada e mistura de á- gua/vapor de água de saída. Desta maneira, as superfícies térmicas formam uma parte do sistema de água principal de uma caldeira de recuperação. 0 sistema de á-gua principal e conseqüentemente, o sistema de água da cavidade de superaquecedor pode ser do tipo de circulação natural ou circulação forçada, ou do chamado uma vez direta, sendo este último tipo para as pressões de vapor/água mais altas. Nas caldeiras de circulação natural isto significa que a água de refrigeração é alimentada por meio de tubos de descida a partir de um tambor até aos barriletes que alimentam as paredes da cavidade ou cavidades, e a mistura de água-vapor provenientes destas paredes é coletada e alimentada de volta ao tambor. A cavidade pode ter paredes separadas independentes, mas parte das paredes da cavidade ou parte das paredes das cavidades pode ser comum com a parte '"convencional" de uma caldeira de recuperação.
De acordo com outra concretização do sistema exposto neste contexto, o interior da cavidade é ainda provido de meios para a transferência de calor proveniente dos gases de combustão produzidos na cavidade para o vapor que flui nos meios permutadores de calor. Os meios permutadores de calor servem como um superaquecedor final para o vapor gerado na seção de superaquecedor de uma caldeira de recuperação. 0 vapor superaquecido final é alimentado à turbina. 0 sistema permite que o vapor produzido na caldeira de recuperação seja aquecido nas seções de transferência de calor convencionais, por exemplo, eco-nomizadores, grupo de caldeiras, e superaquecedores, de uma caldeira de recuperação em um grau tal que não o-corre substancialmente corrosão de alta temperatura, isto é, abaixo de 540°C, otimamente 480-520°C, e depois disso o vapor é finalmente superaquecido para 500-600°C, otimamente para 520-560°C na cavidade de combustão, que serve como um superaquecedor final. O sistema de caldeira de recuperação pode ser provido de um ou mais superaquecedores (cavidades) finais. O licor queimado em uma caldeira de recuperação pode ser originado de todos os tipos de processos de polpaçao, utilizando-se todos os tipos de material bruto de fibra. Licor de refugo isento de enxofre, ou licor com teor de Cl e K quase zero proporciona vantagem especial, porque ele permitirá utilizar alta pressão no sistema de refrigeração a água da fornalha e a utilização de alta temperatura de vapor sob pressão e reaquecimento da temperatura de vapor já no fluxo de gás de combustão principal. Por exemplo, quando se queima licor isento de enxofre, as temperaturas de vapor mais altas poderão estar no fluxo de gás de combustão principal. Licor usado isento de enxofre é formado, por exemplo, em um processo de polpaçao por soda e um processo de polpaçao por soda-antraquinona.
Uma localização preferível para uma cavidade é a parede frontal, que fica oposta à parede de "bico arredondado", mas uma cavidade pode ser construí- da também nas paredes laterais, seja como uma cavidade, ou como diversas cavidades. A localização ou localizações de uma cavidade ou das cavidades pode ser na direção vertical em qualquer local, em relação à parte convencional da caldeira, limitada tão somente pela circulação de água de refrigeração. A cavidade de superaquecedor para o superaquecimento final do vapor da caldeira de recuperação é aquecida pela queima de combustível. Um queimador ou queimadores para o combustível ficam localizados no topo de uma cavidade, no fundo de uma cavidade, ounas paredes de uma cavidade. A cavidade também pode ser localizada em uma posição horizontal, quando a localização de maior preferência para o queimador ou queimadores é em uma parede extrema da cavidade. 0 sistema de ar de combustão da cavidade de superaquecedor é uma parte do sistema de ar de combustão de uma caldeira de recuperação. Ele também pode ser dotado de um sistema de ar separado com uma ventoi-nha de ar individual, condutos de conexão entre a ven-toinha e os queimadores e qualquer equipamento necessário para o controle do ar de combustão.
Os gases de combustão provenientes da cavidade de superaquecedor são conduzidos para dentro de uma caldeira de recuperação, preferentemente para a entrada do superaquecedor principal, onde eles são misturados com a corrente de gás de combustão principal proveniente da fornalha. Outras localizações para a cone- xão de gás são igualmente possíveis, tais como toda a área desde a parte inferior da fornalha até à extremidade de entrada do economizador. Ά conexão de gás de saída através da parede da caldeira compreende prefe-rentemente mais do que uma abertura, e uma possibilidade é projetar o sistema de combustão de uma cavidade de uma maneira tal que excesso de ar de combustão é alimentado a uma cavidade. Este ar é aquecido em uma cavidade, e então ele flui em conjunto com os gases de combustão da cavidade para a fornalha principal para ser usado no sistema de combustão da fornalha principal. Nesta opção, a solução preferida requer duas cavidades nas paredes opostas, preferentemente nas paredes frontal e traseira. 0 primeiro superaquecedor e o reaquecedor final poderão ser então localizados em cavidades separadas. Os fluxos de gás provenientes das cavidades podem ocorrer por meio de vários orifícios, os quais ficam dispostos em diversas alturas. Os orifícios podem ser dotados de dispositivos de controle para controlarem a localização da mistura gás de com-bustão/ar de fluxo de saída, que permite controlar, seja os gases de combustão da cavidade que são usados para aquecimento do vapor de pressão ou vapor de reaquecedor. Na eventualidade do superaquecedor final e do reaquecedor final ficarem localizados na mesma cavidade, o sistema de controle poderá ser utilizado para controlar temperaturas de vapor, como tais ou como parte de todo o sistema de controle.
Com o sistema exposto, a pressão e a temperatura de operação do vapor extraído de uma parte de alta pressão de uma turbina é aumentada por meio de um reaquecedor 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 gerada mais potência pelo calor recuperado no vapor.
Sumário do Desenho A invenção será descrita em seguida de forma mais detalhada com referência ao desenho em anexo, onde se encontra ilustrada uma concretização da invenção : A Figura 1 é um diagrama esquemático de uma caldeira de recuperação em uma usina de polpa química kraft.
Descrição Detalhada do Desenho Δ Figura 1 mostra uma fornalha 3 de uma caldeira de recuperação típica 1, tal como uma caldeira de recuperação Kraft, usada para a combustão de licor negro, tendo uma estrutura formada de paredes de tubos refrigerados a água 6. A mistura água-vapor gerada desta maneira é superaquecida em superaquecedores 8 convencionais localizados parcialmente na blindagem de um "bico arredondado" acima da fornalha. Nos superaquecedores 8 é recuperado o calor dos gases de combustão 26 gerados durante a combustão do licor negro. Tipicamente, um grupo de caldeiras 9 e economizadores 10 serve comc a superfície após aquecimento na caldeira. Depois do superaquecedor, os gases de combustão são encaminhados para o grupo de caldeira 9 e para os economizadores 10. A caldeira de recuperação 1 inclui uma cavidade 2 que pode ser disposta adjacente a uma seção superior de uma parede da caldeira. Uma fornalha 3 da caldeira de recuperação gera gases de combustão 26 que fluem ascendentemente para e passam por uma entrada de fluxo a partir de uma cavidade 2. Ar de combustão 4 é alimentado à fornalha para promover combustão, tipicamente em várias elevações, das quais apenas uma está ilustrada. Uma linha de alimentação de licor 5 proporciona licor negro que é alimentado à fornalha, prefe-rentemente em uma elevação acima de uma zona de combustão primária na fornalha. As paredes 6 da fornalha são preferentemente refrigeradas a água. Um bico arredondado 7 na caldeira geralmente define as regiões superiores da zona de combustão e a transição na fornalha para os superaquecedores 8. Uma cavidade 2 fica situada oposta e de uma maneira geral na mesma elevação do bico arredondado. A jusante dos superaquecedores, os gases de combustão passam através de um grupo de caldeira 9 e economizadores 10, em que todos os três recuperam calor a partir dos gases de combustão. Um conduto de descarga 11 permite que os gases de combustão saiam da caldeira .
Uma linha de fluido 12 proporciona água de alimentação para a caldeira, por exemplo, para o grupo de caldeira 9 c economizadores 10. A cavidade 2 pode compreender uma única câmara ou uma pluralidade de cavidades que ficam dispostas em paralelo e/ou em série. A cavidade pode compartilhar uma parede com a fornalha e as paredes de uma cavidade podem ser refrigeradas a água. Gases de combustão gerados em- uma cavidade 2 fluem para a fornalha como gases de combustão adicionais 27. A cavidade pode incluir um superaquecedor 13. Vapor superaquecido flui por meio do conduto de vapor 23 a partir dos superaque-cedores convencionais 8 na caldeira para o superaquecedor (s) 13 em uma cavidade (ou cavidades).
Vapor superaquecido proveniente dos supe-raquecedores de cavidade 13 flui por meio do conduto de vapor 18 para uma turbina a vapor 14 que pode incluir um estágio de alta pressão 15, um estágio de pressão média 16 e um estágio de baixa pressão 116. A turbina a vapor 14 pode ser uma turbina de alta pressão (HPT) 15 separada em relação a uma turbina de dois estágios que tem um estágio de turbina de pressão média (MPT) 16 e um estágio de turbina de baixa pressão (LPT) 116. A turbina 14 aciona um gerador 17 que pode produzir potência elétrica e/ou mecânica para a usina. 0 superaquecedor 13 emite como saida vapor por meio do conduto 18 que aciona a turbina de alta pressão 15.
Vapor proveniente da turbina de alta pressão flui por meio do conduto 19 para uma primeira seção de um reaquecedor 20 na corrente de gás de combustão e entre o superaquecedor 8 ande o grupo de caldeira 9. Uma segunda seção 21 do reaquecedor recebe vapor por meio do conduto de vapor 22 a partir do primeiro estágio de reaquecedor 20. A segunda seção de reaquecedor 21 está disposta em uma cavidade 2. Preferentemente, o segundo reaquecedor está abaixo do superaquecedor 13 e está a jusante na trajetória do gás de combustão 27 que passa através de uma cavidade. Vapor proveniente da segunda seção de reaquecedor 21 flui por meio do conduto 24 para a turbina de estágio médio 16. A cavidade 2 pode incluir um ou mais queimadores 25. Gases de combustão (que podem incluir ar de combustão quente) 27 formados em uma cavidade entram na fornalha e combinam-se com os gases de combustão 26 na fornalha de uma caldeira de recuperação. Ar de combustão 28 é injetado dentro de uma cavidade 2 para promover a combustão nos queimadores 25. Os queimadores 25 de uma maneira geral queimam combustível de gás Gerado em um gaseificador 29 e que flui por meio do conduto de suprimento de gás 30. O gás gerado pelo gaseificador 29 pode ser distribuído 31 para outros propósitos adicionalmente à provisão de combustível os queimadores de cavidade 25. O gás proveniente do gaseificador pode ser limpo ou de outro modo tratado em um dispositivo de tratamento de gás 32 antes de fluir para os queimadores. 0 conduto de descarga de caldeira 11 permite que os gases de combustão deixem a caldeira e entrem em um precipitador eletrostático 33 e então um dispositivo de tratamento de emissões de NOx 43, por exemplo, um catalisador seletivo para reduzir e/ou oxidar óxidos nitrosos (de-NOx). Os gases de combustão de descarga podem também passar através de um pré-aquecedor 34 que aquece o ar de combustão 114, seja com vapor ou com gases de combustão (esta opção está ilus- trada neste contexto) . Do pré-aquecedor 34, o gás de combustão pode ser descarregado para uma chaminé 44.
Aquecedores de água de alimentação 35, 36 recebem água de alimentação proveniente de um tanque de água de alimentação 37. Vapor de descarga proveniente da turbina de alta pressão (HPT) proporciona energia térmica para o aquecedor de água de alimentação 36, que proporciona água para a caldeira. 0 vapor de descarga 38, 39 proveniente da turbina de pressão média (MPT) e o vapor de descarga 40 proveniente da turbina de prés-são baixa (LPT) proporcionam energia térmica para os estágios de aquecedores sucessivos 35.
Vapor de contrapressão 41, por exemplo, vapor de pressão baixa, descarregado a partir da turbina 14 pode ser proporcionado para a usina e para o ciclo de vapor. De forma assemelhada, vapor de extração 42, por exemplo, vapor de pressão média, pode ser descarregado a partir da turbina para a usina.
Na caldeira de recuperação 1, a pressão de vapor é tal que não ocorre corrosão excessiva nas paredes de tubos refrigerados a água da fornalha. A temperatura de saturação na emulsão de água-vapor mais a diferença de temperatura devida ao fluxo de calor de entrada proveniente da superfície dos tubos na água é menor do que 400-500°C, tipicamente menor do que 400°C, que é a temperatura de superfície dos tubos. A temperatura de vapor é aumentada sobre os valores típicos mediante a integração na caldeira de recuperação 1 de uma câmara ou cavidade de combustão especial 2. 0 vapor é superaquecido no superaquecedor convencional 8 para um grau tal que não ocorre corrosão de alta temperatura, por exemplo, 480-540°C, otimamente 480-520°C. Então, o vapor 23 proveniente dos superaquecedores 8 é conduzido a um superaquecedor 13 localizado na cavidade de combustão especial 2 integrada em uma caldeira de recuperação, cavidade essa em que ocorre o restante do superaquecimento até 500-600°C, otimamente até 520-5 60°C. O número de cavidades poderá ser maior do que um. 0 vapor de alta pressão gerado 18 é tipicamente ainda encaminhado para o estágio de alta pressão 15 de uma turbina a vapor 14, a fim de produzir eletricidade e vapores de processo necessários na usina. A turbina a vapor tem uma parte de alta pressão 15 e uma parte de pressão média/baixa 16.
Na cavidade 2r um combustível é queimado a fim de produzir calor para superaquecimento de vapor. 0 combustível a ser queimado em um queimador ou queimadores 25 com chama é de tal forma limpo ou tem uma composição tal que ele não provoca corrosão de alta temperatura. Gases de combustão e ar de combustão excedente 27 proveniente de uma cavidade 2 são introduzidos na corrente de gás de combustão 36 da caldeira de recuperação. Preferentemente, os gases de combustão provenientes da cavidade são encaminhados através de diversas aberturas na parede da caldeira de recuperação, aberturas essas que podem estar dispostas a várias alturas, e localizadas na direção da largura em diversas localizações . A cavidade 2 está incluída como uma parte de uma caldeira de recuperação convencional, de forma que as paredes de uma cavidade são refrigeradas a água como na parte convencional da fornalha, no grupo de caldeira e em outras áreas quentes, e esta refrigeração está integrada em um tambor ou tambores da caldeira convencional com circulação natural. Em caldeiras do tipo uma vez-direta esta integração significa que as paredes de uma cavidade são refrigeradas pela água ou fluxos de vapor do sistema de uma vez-direta. 0 mesmo tipo de integração com água de circulação também é Valido para caldeira de recuperação do tipo de circulação forçada, na eventualidade de ser utilizada esta disposição. Δ vantagem principal consiste na introdução de calor proveniente da refrigeração de uma cavidade no mesmo fluxo ou fluxos de água ou vapor da mesma pressão como no fluxo principal da parte "convencional" de uma caldeira de recuperação. 0 ar 28 para a combustão póde ser obtido a partir da parte "convencional" de uma caldeira de recuperação ou a cavidade pode ser equipada com ventoinhas ou compressores individuais.
Preferenlemente, um gás de combustão 30 para uma cavidade é produzido em um gaseificador 29 por gaseificação de material de biomassa. Preferentemente, o combustível compreende combustíveis baseados em madeira 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 processo pode ser aperfeiçoado de forma significativa quando o combustível é suficientemente secado. A eficiência de produção de energia total pode ser aumentada quando a secagem é baseada no uso de calor a partir dos gases de combustão da caldeira de recuperação, a partir da produção refinada, ou a partir de perdas de convecção ou radiação de uma caldeira de recuperação. A eficiência é também aperfeiçoada quando o ar de combustão necessário é aquecido por utilização das fontes de calor mencionadas .
Uma parte dos gases provenientes da gaseificação é usada na cavidade 2 como combustível limpo 30 no queimador 25 para superaquecer o vapor no superaque-cedor 13 e também para propósitos de reaquecimento no reaquecedor 21. Parte 31 dos gases pode ser usada para outros propósitos na usina de polpa, tal como em um forno de cal. Se este tipo de combustível não estiver disponível, outros combustíveis tais como gás natural, LPG, óleo, metanol, biomassa liquefeita e outros poderão ser utilizados. O critério para o combustível é a natureza não-corrosiva sob as condições de cavidade. Esta natureza não-corrosiva pode ser criada no gás a partir da gaseificação 29 por limpeza do gás em um Tratamento 32. Este tratamento pode incluir filtragem especial, processos catalíticos, refrigeração de gás e assemelhados . 0 vapor sob pressão 18 proveniente da cavidade 2 é expandido para uma temperatura de 250-400°C na parte de alta pressão da turbina. Λ caldeira de recuperação 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 partes. 0 primeiro estágio 20 fica localizado na seção de superaquecedor convencional da caldeira de recuperação onde ele é aquecido por calor dos gases de combustão gerados na fornalha da caldeira de recuperação. Tipicamente o primeiro estágio fica disposto entre os supe-raquecedores 8 e grupo de caldeira 9. No primeiro estágio o vapor é tipicamente reaquecido para 450-540°C, preferentemente para 450-500°C. O segundo estágio do reaquecedor é formado de meios permutadores de calor localizados na cavidade 2. O vapor reaquecido no primeiro estágio 20 é conduzido através da linha 22 para o segundo estágio 21 na cavidade. O vapor é ainda reaquecido para uma temperatura de 480-600°C, preferentemente para 490-560°C. O vapor proveniente do reaquecedor é descarregado da cavidade para a parte de pressão média 16 da turbina 14, onde o vapor é expandido para contrapressão. O vapor é expandido, parcialmente ou totalmente, para pressão de condensação, se a turbina 14 tiver uma parte de condensação. 0 número de cavidades pode ser um ou mais. segundo uma concretização, pelo menos duas cavidades se- paradas são necessárias quando o superaquecimento final de vapor e o reaquecimento ocorrem em locais separados.
Vapores de pressões diferentes podem ser extraídos a partir da turbina 14 através das linhas 38 - 42 e usados para propósitos diferentes do ciclo de vapor, por exemplo, para preaquecimento da água de alimentação de caldeira nos aquecedores 35-36, e para as necessidades da usina. 0 uso do sistema ou método exposto neste contexto não fica limitado à queima de um determinado licor usado, mas ele pode ser aplicado em conexão com diversos licores usados, tais como licores usados Provenientes de um processo de polpação Kraft e um processo de polpação por soda. A forma básica de uma caldeira de recuperação não tem de ser de acordo com com a-quela ilustrada na Figura 1. Por exemplo, o número de condutos onde as superfícies de transferência de calor ficam localizadas pode ser na parte principal da caldeira de recuperação desde um até vários. A forma da cavidade também pode variar. Além disso, a disposição para o preaquecimento da água de alimentação e preaquecimento do ar de combustão ilustrados na Figura também podem ser modificados e variados. A invenção não se destina a ficar limitada à concretização ilustrada e descrita anteriormente, mas ela pode ser modificada e variada dentro do escopo e espírito da invenção tal como definido pelas reivindicações seguintes.
Claims (19)
1 - Caldeira de recuperação de licor usado na indústria de polpa e papel, compreendendo: um sistema de circulação de água/vapor tendo superaquecedores, o sistema de circulação sendo conectado a uma turbina a vapor compreendendo um estágio de alta pressão, e uma fornalha para queimar licor usado para produzir gases de combustão, e incluindo uma parte superior através da qual fluem os gases de combustão, o sistema de circulação de água/vapor é provido de um reaquecedor para reaquecer vapor proveniente do estágio de alta pressão da turbina, caracterizada pelo fato de que o reaquecedor adicionalmente compreende uma primeira parte e uma segunda parte; em que a primeira parte é localizada em um fluxo de gás de combustão produzido na fornalha, a primeira parte sendo conectada a uma saida de vapor do estágio de alta pressão da turbina.
2 - Caldeira de recuperação de licor usado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a caldeira de recuperação é provida de pelo menos uma cavidade tendo paredes formadas de tubos refrigerados a água; a pelo menos uma cavidade compreendendo um queimador que gera gases de combustão na cavidade, em que a segunda parte do reaquecedor é localizada na cavidade e é conectada à primeira parte do reaquecedor .
3 - Caldeira de recuperação de licor usado, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a turbina é provida de um estágio de pressão média, e em que a segunda parte do reaquecedor é conectada à entrada de vapor do estágio de pressão média da turbina.
4 - Caldeira de recuperação de licor usado, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que um interior da pelo menos uma cavidade é provida de um superaquecedor final para superaquecimento final do vapor gerado na caldeira, em que o superaquecedor final e o reaquecedor final estão localizados na cavidade.
5 - Caldeira de recuperação de licor usado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a caldeira de recuperação é provida de pelo menos duas cavidades, uma primeira e uma segunda cavidades, cada cavidade tendo paredes formadas de tubos refrigerados a água e compreendendo um queimador para queimar um combustível para gerar gases de combustão na cavidade; em que a segunda parte do reaquecedor é localizada no interior da primeira cavidade e é conectada à primeira parte do reaquecedor.
6 - Caldeira de recuperação de licor usado, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o interior da segunda cavidade é provida de um superaquecedor para superaquecimento final do vapor gerado na caldeira.
7 - Caldeira de recuperação de licor usado, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a primeira cavidade e a segunda cavidade são localizadas nas paredes opostas da caldeira de recuperação .
8 - Método para produzir energia em uma usina de polpa tendo uma caldeira de recuperação e uma turbina com uma parte de alta pressão, o método compreendendo : a) queimar licor usado proveniente de um processo de polpação em uma fornalha da caldeira de recuperação para gerar gases de combustão; b) recuperar calor dos gases de combustão para produzir vapor na caldeira de recuperação; c) superaquecer o vapor proveniente da e- tapa b), d) expandir o vapor proveniente da etapa c) para uma temperatura de 250-400°C na parte de alta pressão da turbina, em que a caldeira de recuperação é provida de um reaquecedor, e o vapor proveniente da etapa d) é reaquecido para uma temperatura de 450-600°C no reaquecedor, caracterizado pelo fato de que o vapor expandido é reaquecido em dois estágios, no primeiro estágio pelos gases de combustão provenientes da etapa a) e no segundo estágio pelo calor gerado na queima de um combustível.
9 - Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a caldeira de recuperação é provida de pelo menos uma cavidade, em que o combustível é queimado para gerar calor e gases de combustão, e o segundo estágio é realizado em uma cavidade .
10 - Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o vapor é reaquecido no segundo estágio para uma temperatura de 480-600°C.
11 - Método, de acordo com a reivindicação8, caracterizado pelo fato de que o vapor é reaquecido no segundo estágio para uma temperatura de 490-560°C.
12 - Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o vapor reaquecido é conduzido para uma parte de pressão média da turbina, em que ele é expandido para contrapressão.
13 - Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o vapor reaquecido é conduzido para uma parte de condensação da turbina, em que ele é expandido para a pressão de condensação.
14 - Método, de acordo com a reivindicação9, caracterizado pelo fato de que o combustível de madeira ou outra biomassa é gaseificado para produzir um gás combustível, o qual é limpo e usado como combustível na cavidade, em que o gás limpo é queimado para produzir calor e gases de combustão.
15 - Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o excesso de ar de combustão é alimentado para dentro da cavidade e uma mistura de ar quente e gases de combustão é formada na combustão na cavidade.
16 - Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a mistura de ar quente e gases de combustão é conduzida à fornalha da caldeira de recuperação para ser usada na etapa a).
17 - Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os gases de combustão gerados na cavidade são misturados com os gases provenientes da etapa a).
18 - Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato deque a etapa c) é realizada parcialmente na cavidade.
19 - Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o vapor proveniente da etapa d) é reaquecido para uma temperatura de 52 0-560 °C.
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