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1 (11) Número de Publicação: PT (51) Classificação Internacional: G01K 17/00 (2006) (12) FASCÍCULO DE PATENTE DE INVENÇÃO (22) Data de pedido: (30) Prioridade(s): (43) Data de publicação do pedido: (73) Titular(es): CIENGIS - SISTEMAS DE CONTROLO AVANÇADO, LDA. RUA PEDRO NUNES COIMBRA PT (72) Inventor(es): ANDREY VALERIEVITCH ROMANENKO JOÃO RUI DE OLIVEIRA MARQUES LEAL PT PT (74) Mandatário: (54) Epígrafe: SENSOR INFERENCIAL DE PODER CALORÍFICO DE BIOMASSA (57) Resumo: O PRESENTE INVENTO INSERE-SE NO DOMÍNIO TÉCNICO DA OPTIMIZAÇÃO E CONTROLO AVANÇADO DE CENTRAIS TERMOELÉCTRICAS QUE USAM BIOMASSA E/OU RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS E DESCREVE UM SENSOR DE PODER CALORÍFICO DE BIOMASSA OU RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS CONSTITUÍDO POR UM MÓDULO DE INFERÊNCIA (1) DO PODER CALORÍFICO, UM MÓDULO DE COMUNICAÇÃO (2) LIGADO AO SISTEMA DE AUTOMAÇÃO (3) DA CALDEIRA (5), UM REPOSITÓRIO DE BIOMASSA PADRÃO (4) COM AS CARACTERÍSTICAS (PODER CALORÍFICO E HUMIDADE) CONHECIDAS A PRIORI. O SENSOR FAZ ESTIMATIVA DE PARÂMETROS COM BASE NOS DADOS DINÂMICOS DA OPERAÇÃO APÓS UMA PERTURBAÇÃO CAUSADA PELA INJECÇÃO DE UM PRÉ-DETERMINADO CAUDAL DE BIOMASSA PADRONIZADA NA BIOMASSA PRINCIPAL (6) DA CENTRAL.
2 Resumo Sensor inferencial de poder calorífico de biomassa O presente invento insere-se no domínio técnico da optimização e controlo avançado de centrais termoeléctricas que usam biomassa e/ou resíduos sólidos urbanos e descreve um sensor de poder calorífico de biomassa ou resíduos sólidos urbanos constituído por um módulo de inferência (1) do poder calorífico, um módulo de comunicação (2) ligado ao sistema de automação (3) da caldeira (5), um repositório de biomassa padrão (4) com as características (poder calorífico e humidade) conhecidas a priori. O sensor faz estimativa de parâmetros com base nos dados dinâmicos da operação após uma perturbação causada pela injecção de um pré-determinado caudal de biomassa padronizada na biomassa principal (6) da central.
3 Descrição Sensor inferencial de poder calorífico de biomassa O presente invento insere-se no domínio técnico da optimização e controlo avançado de centrais termoeléctricas que usam biomassa e/ou resíduos sólidos urbanos. As centrais termoeléctricas alimentadas a biomassa e/ou a resíduos sólidos urbanos enfrentam um problema muito comum na sua operação devido à grande variabilidade do poder calorífico do combustível. A sua não-uniformidade provoca perturbações na caldeira e no equipamento de produção de energia eléctrica, resultando em flutuações na produção de energia eléctrica, ineficiência de combustão e aumento de emissões. Na literatura aberta são reportados alguns métodos de estimativa do poder calorífico através, por exemplo, de medição dos parâmetros dos gases de combustão ou de teste directo do combustível. Estas abordagens requerem a instalação de analisadores de gases de combustão e/ou equipamento de teste, o que contribui para o aumento da complexidade do sistema de medição e a manutenção constante do equipamento. O sensor descrito nesta invenção consiste num módulo de inferência (1) do poder calorífico, num módulo de comunicação (2) ligado ao sistema de automação (3), num repositório de biomassa padrão (4) com as características (poder calorífico e humidade) conhecidas a priori. A determinação inferencial do poder calorífico é feita do seguinte modo: - No início da utilização, o sistema é calibrado com base na resposta dinâmica da caldeira (5) utilizando somente a biomassa-padrão (4). - Periodicamente, ou quando uma perturbação significativa é detectada pelo módulo comunicação (2), uma quantidade pré-determinada da biomassa-padrão (4) é misturada com a biomassa principal (6) na entrada da caldeira. - A resposta dinâmica da caldeira é registada pelo módulo de comunicação (2). - O módulo de inferência (1) do poder calorífico utiliza um método de estimativa de parâmetros como, por exemplo, um filtro de Kalman com base na resposta da caldeira e determina o poder calorífico da mistura da biomassa-padrão (4) com a biomassa principal (6). - Utilizando o rácio entre a biomassa-padrão (4) e a biomassa principal (6), o poder calorífico desta última é determinado. - Uma vez obtido o valor calorífico da biomassa principal (6), parase a injecção da biomassa padrão (4) e as condições operatórias da 1/2
4 caldeira (5) [caudal da biomassa, ar primário e secundário, reciclo do gás de combustão] são ajustadas no sistema de automação (3) para maximizar a eficiência da queima. Este sensor pode ser usado como parte integrante de um sistema de controlo preditivo e/ou como um indicador independente. 20 de Maio de /2
5 REIVINDICAÇÕES 1. Método de medição do poder calorífico de biomassa, caracterizado por inferir o poder calorífico da biomassa principal através da estimativa de parâmetros a partir da resposta dinâmica de uma caldeira a uma perturbação no combustível. 2. Método de medição do poder calorífico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por efectuar a perturbação pela via de injecção de um caudal pré-determinado temporário de biomassa padrão no caudal de biomassa principal. 3. Método de medição de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser adaptado a resíduos sólidos urbanos. 13 de Setembro de 2011
(73) Titular(es): (72) Inventor(es): (74) Mandatário:
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