BRPI0721307A2

BRPI0721307A2 - usina de combustço, e, mÉtodo de combustço apto para ser usado em uma usina de energia termoelÉtrica de combustÍvel sàlido

Info

Publication number: BRPI0721307A2
Application number: BRPI0721307-7A
Authority: BR
Inventors: Mario Magaldi; Rocco Sorrenti
Original assignee: Magaldi Ricerche & Brevetti
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2013-01-08
Also published as: CA2678727A1; KR101428831B1; AU2007347640A1; EP2126469A1; US20100180807A1; WO2008102387A1; EA016107B1; CN101641552A; EA200901137A1; MX2009008840A; KR20100014491A; JP2010519493A; JP5216783B2

Abstract

USINA DE COMBUSTçO, E, MÉTODO DE COMBUSTçO APTO PARA SER USADO EM UMA USINA DE ENERGIA TERMOELÉTRICA DE COMBUSTÍVEL SàLIDO. A presente invenção refere-se a um sistema para extração/esfriamento secos de cinzas pesadas e para controlar a combustão de resíduos de elevado teor de resíduo não queimado, permitindo: extrair cinza pesada da base da caldeira (12), promover e ajustar a pós-combustão na correia extratora (14) pelo uso combinado de ar quente comburente e fumos de combustão inertes, já disponíveis dentro da caldeira, esfriar as cinzas presentes na correia e, opcionalmente, recirculá-las - todas ou em parte dentro da caldeira, juntamente com a fração de cinzas leves de mais elevado teor de resíduo não queimado.

Description

"USINA DE COMBUSTÃO, Ε, MÉTODO DE COMBUSTÃO APTO PARA SER USADO EM UMA USINA DE ENERGIA TERMOELÉTRICA DE COMBUSTÍVEL SÓLIDO" CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a uma usina e um método para secagem ou, principalmente, extração/esfriamento seco e redução de resíduos não queimados de cinzas pesadas produzidas por caldeiras do tipo usadas em usinas de energia termoelétrica de combustível sólido.

Tais usina e método são especificamente adequados no caso de caldeiras queimando, sob co-combustão, combustível sólido convencional (tipicamente pó de carvão) e combustível não convencional, especialmente biomassas e/ou combustível derivado de resíduo sólido municipal (RDF). FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

A necessidade de reduzir emissões de CO2 apressou o uso de combustíveis alternativos em lugar de carvão, tais como biomassas e o chamado "RDF" (combustível derivado de resíduos sólidos municipais).

Se, por um lado, o uso de biomassas e de combustíveis não convencionais em geral, sob co-combustão com pó de carvão, permite uma redução das emissões de CO2 totais na atmosfera, por outro lado impõe uma série de problemas relacionados ao sistema de combustão, entre os quais aquele da pulverização de combustível. De fato, embora sendo muito reativos com relação ao carvão, tais combustíveis alternativos e, particularmente, as biomassas, requerem quantidades de energia notáveis, a fim de serem moídos em um grau/nível apropriado, desse modo garantindo alta eficiência de combustão. Além disso, um nível excessivo de moagem causa um maior desgaste dos membros de moagem.

Portanto, na prática comum, tanto a fim de limitar o consumo de energia como de aumentar a vida de ditas partes desgastantes dos membros de moagem, prefere-se moer biomassas em um grau mais grosso, desse modo reduzindo, entretanto, a eficiência de combustão. Portanto, uma combustão meramente parcial das partículas de biomassa mais grossas causam um aumento na quantidade de resíduos não queimados nas cinzas pesadas e leves.

Ditas cinzas pesadas são removidas da base da câmara de combustão por um sistema de extração/esfriamento seco, tipicamente feito como ilustrado na Patente Européia EP 0 471 055 BI, e podem sofrer uma pós-combustão, pelo menos parcial, em tal sistema de extração, a fim de reduzir o teor de resíduo não queimado das cinzas finais.

Entretanto, nas usinas da técnica conhecida, os modos de controle de tal pós combustão, acima de tudo nas aplicações mais críticas associadas com o uso das biomassas e RDF ilustrados acima, são menos do que ótimos e permitem uma redução meramente limitada dos resíduos não queimados totais. Particularmente, nas usinas conhecidas há, de qualquer maneira, o risco dos fenômenos de pós-combustão incontrolada no extrator; dito risco limita, também implicitamente, a usabilidade (completa) de medidas para disparar ou promover tal pós-combustão. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em conseqüência, com base no que foi descrito na seção precedente, o problema técnico colocado e resolvido pela presente invenção é prover uma usina e um método para a pós-combustão de resíduos não queimados em um sistema para extração seca - ou principalmente seca - de cinzas pesadas, superando as desvantagens mencionadas acima com referência à técnica conhecida.

Tal problema é resolvido por uma usina de acordo com a reivindicação 1 e um método de acordo com a reivindicação 30.

As características preferidas da presente invenção residem nas suas reivindicações anexas.

A presente invenção fornece várias vantagens relevantes. A principal vantagem situa-se no fato de que ela permite, acima de tudo no caso mencionado de co-combustão de biomassa ou de RDF, uma efetiva e eficiente pós-combustão de resíduos não queimados do extrator primário, desse modo reduzindo o seu teor total, concomitantemente permitindo evitar o risco de uma pós-combustão incontrolada.

Particularmente, para promover a redução de resíduo não queimado, a invenção preferivelmente atua tanto sobre a temperatura das cinzas pesadas extraídas como sobre seu tempo de residência em um ambiente com uma temperatura adequada, tipicamente a parte extratora equipada por correia, disposta imediatamente a jusante da câmara de combustão e voltada para a mesma. Com o aumento da temperatura na zona de pós-combustão e do tempo de residência relacionado ao combustível ali, a taxa de combustibilidade do último aumenta proporcionalmente. Para aumentar a temperatura, a invenção provê a entrada de ar quente dentro do extrator e, em uma sua forma de realização preferida, o tempo de residência do combustível é ajustado atuando-se sobre a velocidade da correia transportadora. De acordo com a invenção, para controlar o processo de combustão e evitar uma quantidade excessiva de biomassa ou RDF resultando no desenvolvimento incontrolado de calor, gases de exaustão de combustão (fumos) - preferivelmente coletados a jusante do eletrofiltro (ou precipitador eletrostático), tipicamente providos nas usinas em que a invenção se aplica - são usados para parcial ou completamente substituírem o ar comburente.

Em conseqüência, a invenção permite aumentar a capacidade de pós-combustão de extratores secos ou principalmente secos, fazendo o ambiente de extração, onde cinzas são movidas, mais favorável à redução de resíduos não queimados presentes nas próprias cinzas.

O uso combinado de ar quente e fumos de combustão de acordo com a invenção permite ter controle total sobre a correia após queimador do extrator. Como acima mencionado, o processo de pós-comustão preferivelmente ocorre e é completado na zona extratora correspondendo à garganta na base da caldeira e, opcionalmente, se necessário e recomendável para as necessidades da usina, também na sua seção subsequente.

Além disso, em uma forma de realização preferida é provida, a jusante de um esfriamento adequado das cinzas pesadas extraídas, a sua recirculação dentro da caldeira, juntamente com a fração de cinzas leves de mais elevado teor de resíduo não queimado.

Sempre com base em uma forma de realização preferida, a jusante do processo de pós-comustão inicia-se o esfriamento de cinza por ar, que, em uma quantidade controlada e ajustada, é deixada entrar no extrator, na parte final da transportação e/ou em um transportador/esfriador secundário (pós-esfriador) disposto a jusante do extrator primário. Preferivelmente, na saída do transportador-esfriador, um estágio (etapa) triturador de cinza é fornecido e, a jusante do mesmo, uma estação de peneiramento permitindo eliminar quaisquer resíduos plásticos ou metálicos presentes nas cinzas. Assim, é possível obter-se cinza adequada para ser armazenada ou, opcionalmente, recirculada dentro de uma caldeira.

Preferivelmente, o tempo de residência das cinzas leves em dito eletrofiltro (ou precipitador eletrostático) é reduzido por contínua recirculação na câmara de combustão da fração mais rica de resíduo não queimado de cinzas leves. Assim, a invenção permite reduzir os riscos de incêndios nos eletrofiltros quando, como combustíveis, são utilizadas biomassas ou RDF que, acumulando-se nas tremonhas dos próprios eletrofiltros, podem causar incêndios por auto-combustão, resíduos não queimados de biomassas ou RDF sendo muito reativos com relação àqueles de carvão.

A redução total de resíduo não queimado, alcançada tanto através da pós-comustão na correia transportadora como na recirculação na câmara de combustão, permite economizar no consumo de amônia utilizada para redução de NOx nos catalisadores. De fato, para alcançar o mesmo teor de resíduo não queimado nas cinzas totais, na ausência de recirculação, um mais elevado excesso de ar de combustão seria necessário, com o aumento necessário da taxa de NOx em gases de exaustão e da quantidade de amônia requerida para sua redução.

Resumindo-se a descrição detalhada das formas de realização preferidas relacionadas a seguir, a presente invenção refere-se a um sistema permitindo: extrair cinza pesada da base da caldeira, promover e ajustar a pós- comustão na correia extratora pelo uso combinado de ar quente comburente e fumos de combustão inertes, já disponíveis dentro da caldeira, esfriar as cinzas presentes na correia e opcionalmente recirculá-las - todas ou em parte - na caldeira, juntamente com a fração de cinzas leves de mais elevado teor de resíduo não queimado. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS Outras vantagens, características e os modos de operação da

presente invenção serão tornados evidentes pela seguinte descrição detalhada de algumas suas formas de realização preferidas, dadas por meio de exemplo e sem finalidades limitativas. Referência será feita às figuras dos desenhos anexados, em que:

-A Figura 1 mostra um diagrama geral exemplar de uma

forma de realização preferida da usina da invenção;

A Figura 2 mostra uma sessão transversal de um extrator - pós-queimador da usina da Figura 1, tomada ao longo da linha A-A da última figura; e

-A Figura 3 representa uma vista em planta de topo de um

detalhe de uma correia extratora perfurada da usina da Figura 1. DESCRIÇÃO DETALHADA

Referindo-se às ditas figuras, uma usina de combustão, feita de acordo com uma forma de realização preferida da invenção, é geralmente indicada por 1.

A usina 1 é do tipo usada em usinas de energia termoelétrica de combustível sólido queimando combustível sólido, particularmente pó de carvão, e é adequada para a (co)-combustão de biomassas e/ou combustível derivado de resíduos sólidos municipais (RDF).

No presente exemplo, a usina 1 será descrita com referência à combustão de biomassas.

Para fins de clareza, os vários componentes da usina 1 a seguir serão descritos principalmente com referência ao trajeto seguido pelas biomassas, partindo-se de sua coleta de meios de armazenagem até sua combustão e com referência ao trajeto seguido pelos resíduos de combustão (cinzas pesadas e leves), partindo-se de sua coleta da base de uma câmara de combustão (ou caldeira) 12 da usina 1 até sua pós-comustão, opcionalmente recirculando-os na câmara de combustão e descarga. Primeiro de tudo, a usina 1 fornece como meios de

armazenagem de biomassa os mesmos depósitos de combustível, por si conhecidas, já usadas para carvão. Na presente forma de realização, os depósitos de combustível dedicados a biomassa são as duas representadas à esquerda na Figura 1 e indicadas por 21 e 22, respectivamente. Os outros depósitos de combustível e os componentes adicionais associados representados na Figura 1 entende-se como utilizados para carvão e, portanto, não serão mais considerados a seguir, sua estrutura e uso sendo de um tipo por si conhecido. Preferivelmente, os depósitos de combustível 21 e 22 são aqueles alimentando os queimadores da câmara de combustão 12 nos níveis mais superiores, a fim de ter-se, para as partículas mais pesadas, um tempo de residência maior na própria câmara de combustão durante sua queda para a base. Dos depósitos de combustível dedicados 21 e 22 a biomassa é extraída por um ou mais transportadores 3 análogos àqueles já usados para carvão ou por trados. Assim, a biomassa é suprida por uma válvula interceptadora 4, a um medidor dedicado 5, neste caso com três saídas, respectivamente indicadas por 51, 52 e 53, e deste a um ou mais trituradores dedicados, neste caso três, respectivamente indicados por 61, 62 e 63. Na presente forma de realização ditos trituradores 61-63 são implementados por moinhos de martelo por si conhecidos.

Em conseqüência, ditos transportadores 3 constituem meios de desvio dos trituradores de carvão conhecidos, aqui indicados por F, associados aos depósitos de combustível 21 e 22. Tal desvio, portanto, permite a usina 1 não modificar demais sua própria configuração padrão, com relação àquela relacionada à combustão de carvão somente, permitindo deixar instalado também ditos trituradores conhecidos F.

Os trituradores 61-63 são aptos para reduzir a biomassa em um desejado tamanho de grão final (saída) máximo. Como será melhor observado no final da descrição, não é necessário que dito tamanho de grão final seja particularmente fino, visto que a estrutura total da usina 1 integrada permite, de qualquer maneira, uma completa combustão da biomassa, mesmo em tais tamanhos de grão "grosseiros".

A jusante dos moinhos 61-63 há meios de peneiramento respectivos 71, 72 e 73 aptos para interceptar partículas de biomassa de um tamanho de grão maior do que um limiar predeterminado, a fim de reenviá- los, através de transportadores mecânicos ou pneumáticos 8 dedicados, para o medidor 5 e então para dentro dos mesmos moinhos de martelo 61-63 para uma nova moagem.

As partículas de biomassa mais finas, interceptando os meios de peneiramento 71-73, são transportadas por um transportador comum 9 (compartilhado) para um medidor único IOe então, por meio de uma válvula de duas direções 91, alimentadas a transportadores pneumáticos 93 de tipo conhecido, os últimos já presentes nas existentes usinas de combustível sólido em associação com os trituradores F, isto é, os transportadores pneumáticos 93 são aqueles desenvolvidos de moinhos de moagem carvão F (não usados) associados aos depósitos de combustível 21 e 22.

Em seguida, as biomassas moídas são introduzidas nos tubos de alimentação alimentando pó de carvão e dali alimentadas para os queimadores da caldeira 12, ela também de um tipo já presente nas existentes usinas de combustível sólido.

Uma vez o combustível compreendido de ditos carvão e biomassas seja alimentado à câmara de combustão 12, a usina Ieo processo de extração e pós-comustão, realizados por ela desenvolvem-se como descrito a seguir.

As cinzas muito finas deixam a câmara de combustão 12 através de dutos tradicionais (tubo condutor) para expelir fumos de combustão, geralmente indicados por 13 na Figura 1. Em vez disso, a parte pesada de cinzas e de qualquer resíduo não queimado precipita-se para o fiindo e é coletada em um extrator a seco tipo transportador 14, do mesmo gênero do assunto da EP O 471 055 e não mais descrito aqui.

De acordo com a invenção, em dito extrator 14 e, em particular, em uma pós-combustão ou uma parte 141 dela após queima voltada para a câmara de combustão 12, a pós-comustão do resíduo não queimado continua. Para este fim, a superfície de topo da correia extratora e, particularmente, da parte 141, recebe calor por irradiação dos queimadores da câmara de combustão 12.

De acordo com uma forma de realização variante, a usina da invenção pode também compreender um medidor de biomassa 18 independente da câmara de combustão 12 e um alimentador 19, representado também na Figura 1, disposto a montante do extrator 14 (ou pelo menos a montante ou em correspondência com a parte 141 dele), para suprir biomassa de resíduo não queimado diretamente para o próprio extrator 14, para uma primeira combustão da última biomassa dentro da zona de pós-comustão 141. Neste caso, uma primeira secagem de ditas biomassas pode ser realizada por uma alimentação de ar quente sobre o alimentador 19; vantajosamente, dito ar quente pode vir de um trocador de ar/fumos 29, já presente nas existentes usinas termoelétricas e que serão introduzidos a seguir.

De acordo com a invenção, para permitir uma mais elevada eficiência de pós-comustão e, concomitantemente, evitar o desenvolvimento de fenômeno incontrolado, ela é provida de meio de controle 100 para controlar a pós-comustão de resíduo não queimado ocorrendo em dita parte de pós-comustão 141.

Dito meio 100, por sua vez, compreende o meio 15 para alimentação de ar quente e meio 150 para alimentação de gases de exaustão de combustão (fumos), aptos para fornecer um fluxo de ar aquecido e fumos de combustão, respectivamente, em correspondência com dita parte de pós- comustão 141, a fim de respectivamente promover e inibir a pós-comustão.

Na presente forma de realização, os meios de alimentação 15 e 150 compreendem respectivos dutos para a coleta, respectivamente, de ar aquecido de uma câmara 151 associada à caldeira 12 e de fumos de exaustão a jusante de um precipitador eletrostático (eletrofiltro) 28 da usina 1.

Tipicamente, o ar quente da câmara de ar 151 vem do trocador 29 mencionado acima, que na presente forma de realização é um trocador de fumos/ar disposto a jusante da câmara de combustão 12 e apenas explora o calor residual dos fumos de combustão para aquecer o ar do lado de fora. De acordo com uma forma de realização variante, o ar quente alimentado pelo meio 15 pode também ser esgotado diretamente do último trocador 29.

Ditos câmara de ar 151, pré-aquecedor de ar 29 e precipitador eletrostático 28, são bem conhecidos de uma pessoa hábil na técnica e já presentes nas usinas conhecidas; portanto, uma outra descrição deles será omitida.

O meio 15 para alimentação de ar quente compreende o meio 143 para a entrada controlada (ajustada) de ar externo, por exemplo, entradas feitas no revestimento do extrator 14 e associadas a uma ou mais válvulas, preferivelmente controladas pelo meio de controle 100, permitindo atingir um teor de oxigênio desejado e uma temperatura apropriada na entrada de ar dentro do extrator 14.

Em conseqüência, o ar aquecido alimentado pelo meio 15 e adequadamente proporcionado com ar atmosférico, permite atingir sobre a correia extratora/pós-queimador 14 uma temperatura ótima para pós- comustão.

Dito meio 143 pode também explorar a pressão negativa

presente na câmara de combustão 12, para a alimentação de ar pelo lado de fora.

Preferivelmente, o arranjo total é de modo que o meio de alimentação de ar quente 15 e o meio de alimentação de fumo 150 sejam aptos para suprir um fluxo contracorrente, com relação à direção de avanço da correia do próprio extrator 14, pelo menos na parte 141 de pós-comustão introduzida acima.

Tanto o meio de alimentação de ar 15 como o meio de alimentação de fumo 150 podem ser equipados com respectivos meios para automaticamente ajustarem-se a vazão, respectivamente indicados por 102 e 103 na Figura 1, controlados pelo meio de controle 100.

O meio de controle 100 é apto para ajustar a vazão de ar quente e/ou de fumos alimentados dentro da parte de pós-comustão 141 e, para este fim, ele compreende meio automático para ajustar ditas vazões de ar e fumos, dependendo da temperatura detectada por sensores adequados preferivelmente arranjados em correspondência com ditas partes de pós- comustão 141. Quando o valor da temperatura exceder um limiar preajustado, a vazão de fumo é aumentada e, portanto, a vazão de ar quente é reduzida: Assim, a concentração de oxigênio é reduzida, reduzindo-se a taxa de combustão. Particularmente, os fumos produzidos pelo processo de combustão da caldeira podem integrar ou substituir ar comburente para ajustar ou parar a combustão sobre a correia, graças a baixa concentração (< 6 %) de O2 nos fumos, permitindo seu uso como um gás inerte. Vice-versa, quando a temperatura é menor do que um limite preajustado, a entrada de fumo é inibida e a vazão de ar quente é aumentada, reduzindo opcionalmente também a vazão de ar à temperatura ambiente introduzida pelo meio 143.

Para mover os fumos um ventilador adicional pode ser instalado, quando necessário, para provê-los com a altura requerida para a entrada no extrator/pós queimador 14.

A fim de evitar problemas de condensação de ácido, a tubulação para os fumos do meio de alimentação 150 deve ser isolada apenas para manter uma temperatura mais elevada do que a de condensação.

Os fumos utilizados para controlar a combustão, além de extinguir energia, também exibem uma capacidade de esfriamento apreciável, visto que sua temperatura não é mais elevada do que 150°C. De fato, na presente forma de realização, ditos fumos vem da zona a jusante do eletrofiltro, isto é, são coletados quando eles já têm perdido seu teor térmico.

Em conseqüência, de acordo com uma forma de realização variante, a parte 141 de pós-comustão é exclusivamente concentrada, ou quase exclusivamente, na zona irradiada abaixo da garganta da caldeira 12 e controlada alimentando-se ar quente e/ou fumos na maneira descrita acima. A parte da correia extratora não voltada para a base da caldeira é ao contrário dedicada ao esfriamento, que pode ser realizado pela alimentação dos fumos de combustão (com meios dedicados) e ar frio (com o meio 143 introduzido acima), tomando-se o cuidado para introduzir o fluido na zona de transporte explorando-se a pressão negativa dentro da caldeira e a fim de ter-se o fluido batendo de leve na cobertura do extrator 14, esfriando-o.

Finalmente, como uma outra opção para controlar a combustão pode ser provido o uso de água finamente dosada por meio de bicos de distribuição 104, preferivelmente providos em diversas zonas do extrator/pós- queimador 14 e, particularmente, (pelo menos) na zona de moagem primária (isto é, na parte final do extrator 14 com relação à direção de avanço das cinzas).

De acordo com uma forma de realização variante preferida, o ar quente alimentado pelo meio 15 é suprido abaixo da correia do extrator 14 e, particularmente, abaixo da sua parte 141, como mencionado acima em contracorrente ao fluxo de cinzas pesadas e resíduos não queimados. Neste caso, a fim de produzir troca de calor e pós-comustão mais efetiva e eficiente, a correia do extrator 14 pode ser provida com perfurações (furos) ou fendas 142, mostradas na Figura 3. Assim, o ar quente, além de aquecer a base do extrator 14, atravessa o leito de cinza e resíduos não queimados e retorna parcialmente para dentro da câmara de combustão 12, graças à pressão negativa presente na última, realimentando calor ali. Tal passagem de ar é promovida pela diferença de pressão existente entre a parte da base da correia transportadora e a base da caldeira. O trânsito de ar quente através dos furos da correia transportadora do extrator 14 permite um maior e mais eficaz contato do ar com a própria cinza presente na correia, com o resultado de aumentar a eficiência de combustão do material de resíduo não queimado.

Como já mencionado acima, na presente forma de realização, sobre as paredes laterais do extrator 14 - e, particularmente, em correspondência com uma parte final da correia tipicamente não envolvida na pós-comustão - é provido meio de entrada de mais ar 143 para a entrada controlada de ar de esfriamento externo.

Do extrator 14, cinzas pesadas e resíduos não queimados são supridos para uma correia transportadora secundária 16 servindo como pós- esfriadora e desta através de um triturador primário 20, preferivelmente esfriado por água para resistir a elevadas temperaturas a jusante do qual é posicionada uma tremonha de transição 201, simplesmente projetada na Figura 1.

No transportador de esfriamento 16 um esfriamento assistido- por-ar das cinzas é realizado por um sistema em contracorrente, explorando- se a pressão negativa presente na câmara de combustão para alimentação de ar do lado de fora via entradas controladas 160 presentes nas paredes laterais do envoltório do próprio transportador 16, como já descrito também na EP 0 471 055.

De acordo com uma forma de realização variante preferida da invenção, dita tremonha 201 faz parte de um sistema de isolamento de pressão apto para apenas criar uma separação de pressão entre os ambientes do extrator 14 e de dito transportador de esfriamento 16. Para este fim, a tremonha 201 forma meio para acumular o material transportado, permitindo a formação de uma altura de material entre ditos ambientes, criando dita separação de pressão.

Dito sistema de isolamento de pressão permite um controle mais eficaz do esfriamento assistido-por-ar das cinzas, visto que ele permite - quando necessário e, tipicamente, com base na temperatura da cinza e detecções da vazão realizadas, por exemplo, em sua descarga sobre o extrator 14 - evitar a introdução de uma quantidade excessiva de ar de esfriamento para dentro da câmara de combustão 12, apenas ativando seletivamente tal separação de pressão, como descrito também na PCT/IT2006/000625.

A altura do material formando-se no nível da tremonha 201 pode ser ajustada atuando-se sobre as velocidades de avanço relativas e absolutas das transportadoras 14 e 16.

Quando o isolamento da pressão é ativado, a saída do ar aquecido do transportador 16 é alimentada para dentro da seção 26 dos dutos de fumo 13 da usina 1 por um outro duto adequado 25, originando-se da parte final do próprio transportador 16 e provido com meios para automaticamente ajustar a vazão. Tal conexão entre o pós-esfriador 16 e o lado da caldeira pode ocorrer a montante ou a jusante do pré-aquecedor de ar 29 acima mencionado (lado dos fumos), disposto ao longo dos dutos de fumo 13. Através de dita conexão, a entrada de ar de esfriamento para o pós-esfriador 16 é anulada pelo valor da pressão negativa existente em dita zona lateral de caldeira.

Preferivelmente, a usina 1 fornece também uma tubulação ou duto de desvio (para fins de simplicidade omitida pelas figuras) conectando o extrator/pós-queimador 14 com o transportador-esfriador 16 e provido com válvula de abertura/fechamento automática. A jusante do transportador de esfriamento 16 é provido um

triturador secundário 202 de rolos opostos ou tipo equivalente, adequado para moer apenas cinza e, em particular, capaz de reduzir o tamanho de grão da última sem alterar o tamanho de grão de quaisquer materiais plásticos misturados à cinza e derivando da combustão de RDF. Nesta tipologia de triturador, já conhecida de uma pessoa hábil na arte, as partículas plásticas transitam através dos rolos deformando-se, contudo sem quebrar.

Em conseqüência, é provido um sistema de peneiramento mecânico ou pneumático 203 localizado a jusante do segundo estágio (etapa) de moagem associado ao dispositivo 202, para separar cinza de particulados plásticos e quaisquer partes metálicas presentes no RDF, que é armazenada ou enviada para descarte por meio dedicado.

A cinza moída é enviada para moinhos de pulverização de carvão via um transportador mecânico ou pneumático 204, a fim de ser recirculada na câmara de combustão através dos moinhos de pulverização de carvão e dos queimadores de caldeira, como descrito no Pedido Internacional PCT/EP2005/007536.

Com referência ao trajeto dos fumos de combustão mencionados acima gerados na câmara de combustão 12 e das cinzas leves transportadas desse modo, ditos fumos atravessam a zona do economizador 27 e são então introduzidos, através de ditos dutos de fumo 13, no precipitador eletrostático de cinza leve 28 aqui mencionado ou meio equivalente, opcionalmente, atravessando primeiro o trocador de ar/fumos 29 aqui mencionado.

As cinzas leves precipitadas para dentro de dito precipitador

eletrostático 28 são coletadas por meio adequado 30, para sua recirculação na câmara de combustão.

Em resumo, portanto, após a pós-comustão na correia extratora 14, quaisquer resíduos não queimados ainda presentes na cinza pesada, após um esfriamento adequado pelo transportador 16, são recirculados na câmara de combustão juntamente com a cinza leve tendo um teor de resíduo não queimado mais elevado, para alcançar uma completa conversão de resíduo não queimado.

Além disso, a usina 1 incorpora um ajuste central e sistema de controle capazes de garantir a realização automatizada das etapas descritas aqui.

Portanto, a essa altura, observamos que a usina descrita permite alcançar uma redução de resíduos não queimados presentes nas cinzas pesadas por um processo de pós-comustão controlada na correia extratora e por recirculação na caldeira das cinzas pesadas assim produzidas e as cinzas leves tendo mais elevado teor de resíduo não queimado, as últimas cinzas vindas de eletrofiltros.

Além disso, observamos que o sistema integrado descrito acima para a extração seca, moagem, pós-comustão de biomassa e cinzas pesadas e recirculação de resíduo não queimado, permite aumentar a capacidade de combustão de biomassas (e geralmente de combustível não convencional) e também aumentar a sua eficiência de combustão.

O sistema concomitantemente descrito permite o uso dos aparelhos já presentes nas existentes usinas de energia termoelétrica, reduzindo os custos de instalação da usina e requerendo mínimas medidas de ajuste das existentes. Em particular, as biomassas também (e, em geral, massas de combustível não convencional) continuam movendo-se com o meio usado para mover carvão e cinzas pesadas. Além disso, queimadores de caldeira, atualmente representando o meio para acumular material de combustível sólido tradicional, podem ser utilizados por biomassas também.

A essa altura, também observamos que, diferente do estado da arte, em que é provida a recirculação na câmara de combustão de cinzas pesadas adicionadas às cinzas leves de mais elevado teor de resíduo não queimado, utilizando-se moinhos de carvão para sua pulverização, a presente invenção provê a combustão de biomassa diretamente sobre a correia extratora utilizando parte do ar pré-aquecido, e ela otimiza a combustão de biomassas misturadas nas caldeiras de pó de carvão, por recirculação de cinza pesada.

Observa-se que a invenção também refere-se a um método

para a (co-)combustão de biomassas em uma usina de energia termoelétrica de combustível sólido do tipo descrito acima, dito método provendo a extração seca de cinzas pesadas e resíduos não queimados da câmara de combustão 12 por um extrator 14 do tipo acima mencionado e, em que, em correspondência com a parte 141 do último, ocorre uma pós-comustão dos resíduos não queimados controlada pela alimentação seletiva de um fluxo de ar quente e de um fluxo de fumos de combustão, a fim de respectivamente promover e inibir a pós-comustão, a vazão de ar quente e/ou fumos alimentados dentro de dita parte de pós-comustão sendo ajustada. As características preferidas de dito método já foram descritas

com referência à usina 1.

Finalmente, observamos que, mesmo embora o sistema integrado descrito aqui otimize a eficiência de combustão das biomassas (e de combustível não convencional em geral) e o controle da usina, proteção separada poderia ser requerida para os diferentes aspectos da invenção e, em particular, para o sistema controlar a combustão por ar e fumos, para a moagem dedicada, para o sistema de pós-comustão de biomassa e para o meio para a combustão direta de biomassas sobre o extrator pelo medidor dedicado, cada um de ditos aspectos permitindo, entretanto, um melhoramento substancial de dita eficiência.

A presente invenção foi descrita até aqui com referência às suas formas de realização preferidas. Deve-se entender que outras formas de realização poderiam existir, todas compreendidas dentro do escopo protetor das reivindicações a seguir.

Claims

1. Usina de combustão (1) apta para ser usada em uma usina de energia termoelétrica de combustível sólido em associação com uma câmara de combustão (12) para dito combustível, em particular do tipo adequado para a (co-)combustão de biomassas e/ou combustível derivado de resíduo sólido urbano (RDF), caracterizada pelo fato de compreender: um extrator a seco (14) de cinzas pesadas e resíduos não queimados da câmara de combustão (12), apto a ser disposto a jusante dos últimos e tendo uma parte (141) de pós-comustão para os resíduos não queimados; e meio de controle (100) para controlar a pós-comustão de resíduos não queimados ocorrendo em dita parte de pós-comustão (141), por sua vez compreendendo meio (15) para alimentação de ar quente e meio (150) para alimentação de fumos de combustão, aptos para prover um fluxo de ar aquecido e de fumos de combustão, respectivamente, em correspondência com dita parte de pós-comustão (141), a fim de, respectivamente, promover e inibir pós-comustão, dito meio de controle (100) sendo apto para seletivamente ajustar a vazão de ar quente e/ou fumos alimentados dentro de dita parte de pós-comustão (141).

2. Usina (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o arranjo total ser de modo que dita parte de pós-comustão (141) esteja apta para ser disposta, pelo menos parcialmente, voltado para a base da câmara de combustão (12), para que a pós-comustão explore o calor de irradiação vindo da própria câmara de combustão (12).

3. Usina (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de ditos meios de alimentação de ar quente (15) e/ou fumos (150) serem configurados a fim de suprir, em correspondência com dita parte de pós-comustão (141), um fluxo de ar contracorrente com relação à direção de movimento de dito extrator (14).

4. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de dito meio de controle (100) compreender meios automáticos para ajustar ditas vazões de ar e/ou fumos, dependendo da temperatura detectada em correspondência com dita parte de pós-comustão (141).

5. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de o arranjo total ser de modo que ditos meios de alimentação de ar quente (15) e/ou fumos (150) sejam aptos para explorar, a fim de promover a circulação de ar e/ou fumos, a pressão negativa presente na câmara de combustão 12.

6. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de dito meio de controle (100) compreender meio (143) para a entrada controlada de ar externo, para ser misturado ao ar quente de dito meio de alimentação (15).

7. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de dito meio de alimentação de ar quente (15) coletar ou ser apto a coletar ar aquecido de uma câmara de ar (151) ou de um pré-aquecedor (29) apto para suprir ar aquecido à câmara de combustão (12).

8. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de dito meio (150) para alimentar fumos de combustão coletar ou estar apto a coletar ditos fumos a jusante de um precipitador eletrostático (28).

9. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de o arranjo total ser de modo que a temperatura dos fumos de combustão alimentados por dito meio (150) seja igual a ou menor do que aproximadamente 15 O0C.

10. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de dito meio (150) para alimentar fumos de combustão compreender um ventilador para aumentar a altura do fluxo.

11. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de dito extrator a seco (14) ter entradas laterais (143) para a entrada controlada de ar externo.

12. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de dito extrator a seco (14) compreender uma correia extratora tendo, pelo menos em correspondência com dita parte de pós-comustão (141), uma pluralidade de perfurações (142) aptas para promover a passagem de ar através do material transportado.

13. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de compreender meio (104) para alimentar água de esfriamento em dito extrator (14), disposto pelo menos em correspondência com uma parte terminal dele.

14. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de compreender meios para ajustar o tempo de residência de resíduos não queimados em dita parte de pós- comustão (141).

15. Usina (1) de acordo com a reivindicação precedente, caracterizada pelo fato de dito meio de ajuste ser baseado no controle da velocidade de dito extrator (14).

16. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de compreender um transportador de esfriamento (16) disposto a jusante de dito extrator a seco (14).

17. Usina (1) de acordo com a reivindicação precedente, caracterizada pelo fato de compreender meio de isolamento de pressão (201), apto para criar uma separação de pressão entre os ambientes de dito extrator (14) e de dito transportador de esfriamento (16).

18. Usina (1) de acordo com a reivindicação precedente, caracterizada pelo fato de dito meio de isolamento de pressão compreender meio (201) para acumular o material transportado apto para permitir a formação de uma altura de material entre ditos ambientes, criando dita separação de pressão.

19. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de compreender meio (30) para a recirculação, na câmara de combustão (12), de cinzas leves.

20. Usina (1) de acordo com a reivindicação precedente, caracterizada pelo fato de dito meio de recirculação (30) compreender meio para coletar cinzas leves de ou imediatamente a jusante de um precipitador eletrostático (28).

21. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de compreender meio (204) para recirculação, na câmara de combustão (12), de resíduos não queimados contidos nas cinzas pesadas.

22. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de compreender meio para alimentar ditos fumos para dentro de uma zona de esfriamento de cinza disposta a jusante de dita parte de pós-comustão (141) de dito extrator (14).

23. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de compreender um alimentador de biomassa de resíduo não queimado (18, 19) disposto a montante ou em correspondência com dita parte de pós-comustão (141) de dito extrator (14) e independente da câmara de combustão (12), dito alimentador (18, 19) sendo apto a colocar biomassa de resíduo não queimado diretamente em dito extrator (14).

24. Usina (1) de acordo com a reivindicação precedente, caracterizada pelo fato de compreender meio para alimentar ar quente para dito alimentador (19), apto para realizar uma primeira secagem da biomassa de resíduo não queimado.

25. Usina (1) de acordo com a reivindicação precedente, caracterizada pelo fato de dito meio para alimentar ar quente para a biomassa ser associado com um trocador (29) de ar/fumos de combustão.

26. Usina (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de compreender meios de trituração dedicados (61-63), dispostos ou aptos para serem arranjados a jusante da câmara de combustão (12) e adequados para moerem a biomassa de acordo com um tamanho preajustado de grão máximo de saída.

27. Usina (1) de acordo com a reivindicação precedente, caracterizada pelo fato de ditos meios de trituração dedicados (61-63) compreenderem um ou mais moinhos de martelo.

28. Usina (1) de acordo com a reivindicação 26 ou 27, caracterizada pelo fato de compreender dispositivo de desvio (3) apto para suprir biomassa dos depósitos de combustível de armazenagem (21, 22) para ditos meios de trituração dedicados (61-63).

29. Usina (1) de acordo com uma das reivindicações 26 a 28, caracterizada pelo fato de compreender meios de peneiramento (71-73) dispostos a jusante de ditos meios de trituração dedicados (61-63) e aptos para interceptarem partículas de biomassa de um tamanho de grão maior do que um limiar predeterminado, para reenviá-las a ditos meios de trituração (61-63).

30. Método de combustão apto para ser usado em uma usina de energia termoelétrica de combustível sólido, caracterizado pelo fato de compreender uma câmara de combustão (12) para dito combustível, em particular do tipo adequado para a (co-)combustão de biomassas e/ou combustível derivado de resíduos sólidos urbanos (RDF), dito método provendo a extração seca de cinzas pesadas e resíduos não queimados da câmara de combustão (12) por um extrator (14) disposto a jusante da última, dito método ainda compreendendo uma etapa de pós-comustão dos resíduos não queimados, ocorrendo em uma parte de pós-comustão (141) de dito extrator (14), dita etapa de pós-comustão sendo controlada pela alimentação seletiva de um fluxo de ar quente e de um fluxo de fumos de combustão, a fim de, respectivamente, promover e inibir a pós-comustão, a vazão de ar quente e/ou de fumos alimentados para dentro de dita parte de pós-comustão (141) sendo ajustada.

31. Método de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de dita parte de pós-comustão (141) ser disposta pelo menos parcialmente voltada para a base da câmara de combustão (12), a fim de a pós-comustão explorar o calor de irradiação vindo da própria câmara de combustão (12).

32. Método de acordo com a reivindicação 30 ou 31, caracterizado pelo fato de dita alimentação de ar quente e/ou de fumos suprir, em correspondência com dita parte de pós-comustão (141), um fluxo contracorrente com relação à direção de avanço dos resíduos de combustão.

33. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 a 32, caracterizado pelo fato de ditas vazões de ar e/ou fumos serem automaticamente ajustadas, dependendo da temperatura detectada em correspondência com dita parte de pós-comustão (141).

34. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 a 33, caracterizado pelo fato de dita alimentação de ar quente e/ou de fumos explorar, a fim de promover a circulação de ar e/ou fiamos, a pressão negativa presente na câmara de combustão (12).

35. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 a 34, caracterizado pelo fato de ser provida uma alimentação controlada de ar pelo lado de fora para dentro de dita parte de pós-comustão (141).

36. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 a 35, caracterizado pelo fato de dita alimentação de ar quente prover a coleta de ar aquecido de um pré-aquecedor (29) ou de uma câmara de ar (151), ambos aptos para suprir ar aquecido à câmara de combustão (12).

37. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 a 36, caracterizado pelo fato de dita alimentação de fumos de combustão prover a coleta de ditos fumos a jusante de um precipitador eletrostático (28).

38. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 a 37, caracterizado pelo fato de a temperatura dos fumos de combustão, alimentados para dentro de dita parte de pós-comustão (141), ser igual a ou menor do que aproximadamente 15 O0C.

39. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações30 a 38, caracterizado pelo fato de dita alimentação de fumos de combustão prover o uso de meio de ventilação para aumentar a altura do fluxo.

40. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações30 a 39, caracterizado pelo fato de ser provida a alimentação controlada de ar externo para dentro do extrator a seco (14).

41. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 a 40, caracterizado pelo fato de prover também uma alimentação de água de esfriamento para dentro de dito extrator (14), pelo menos em correspondência com uma parte final dele.

42. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 a 41, caracterizado pelo fato de prover um ajuste do tempo de residência de resíduos não queimados em dita zona de pós-comustão (141).

43. Método de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de dito ajuste ser com base no controle da velocidade de dito extrator (14).

44. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 a 43, caracterizado pelo fato de compreender uma etapa de esfriamento a jusante da extração realizada por dito extrator a seco (14).

45. Método de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de prover a opção de ativar um isolamento de pressão entre os ambientes de dito extrator (14) e de dita etapa de esfriamento realizada a jusante do mesmo.

46. Método de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de dito isolamento de pressão ser ativado pelo meio para acumulação de material transportado (201), apto para permitir a formação de uma altura de material entre ditos ambientes criando dita separação de pressão.

47. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 a 46, caracterizado pelo fato de prover uma recirculação, na câmara de combustão (12), de cinzas leves.

48. Método de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de as cinzas leves, para serem recirculadas, serem coletadas de ou imediatamente a jusante de um precipitador eletrostático (28).

49. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 a 48, caracterizado pelo fato de prover uma recirculação, na câmara de combustão (12), de resíduos não queimados contidos na cinza pesada.

50. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 a 49, caracterizado pelo fato de prover uma etapa de esfriamento das cinzas, realizada por ditos fumos de combustão.

51. Método de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de dita etapa de esfriamento ser realizada em dito extrator (14).

52. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 a 51, caracterizado pelo fato de ser provida alimentação direta de biomassa de resíduo não queimado em dito extrator (14), a montante ou em correspondência com dita parte de pós-comustão (141).

53. Método de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de ser provida uma alimentação de ar quente para o alimentador de biomassa de resíduo não queimado (18, 19), a fim de realizar uma primeira secagem do último.

54. Método de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de dito ar quente alimentado à biomassa ser obtido por um trocador de calor de ar/fumos de combustão.

55. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 a 54, caracterizado pelo fato de prover o uso de meios de trituração dedicados (61-63), adequados para triturarem as biomassas de acordo com um tamanho preajustado de grão final (saída) máximo.

56. Método de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de prover o armazenamento da biomassa para dentro do mesmo tipo de depósitos de combustível (21, 22) usadas para combustível sólido e o suprimento de biomassas de ditos depósitos de combustível (21, 22) para ditos meios de trituração dedicados (61-63).

57. Método de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de ditos depósitos de combustível de armazenagem de biomassa (21, 22) estarem associadas a queimadores da câmara de combustão (12) dispostos nos níveis mais superiores.

58. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 55 a 57, caracterizado pelo fato de prover a jusante de ditos meios de trituração dedicados (61-63) uma peneira para interceptar partículas de um tamanho de grão maior do que um limiar predeterminado, e o reenvio das últimas para ditos meios de trituração dedicados (61-63).