BR102013000283A2

BR102013000283A2 - modificador de fluxo de descarga, interseção de duto que incorpora o mesmo e métodos para o mesmo

Info

Publication number: BR102013000283A2
Application number: BR102013000283A
Authority: BR
Inventors: Chun Wai Choi; John Francis Quanci; Rajat Kapoor; Ung-Kyung
Original assignee: Suncoke Technology & Dev Llc
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-01-04
Publication date: 2016-04-19
Also published as: US20140182683A1; US10975309B2; US9476547B2; US20210363427A1; BR102013000283B1; US20170015908A1

Abstract

modificador de fluxo de descarga, interseção de duto que incorpora o mesmo e métodos para o mesmo. uma interseção de duto compreendendo uma primeira porção de duto e uma segunda porção de duto estendendo lateralmente a partir de um lado da primeira porção de duto. pelo menos um modificador de fluxo é montado dentro de uma das primeira e segunda porções de duto. o modificador de fluxo é um revestimento de duto contornado e/ou o modificador de fluxo inclui pelo menos uma palheta de girar. a interseção de duto pode incluir também uma porção de transição estendendo entre as primeira e segunda porções de duto, em que a porção de transição tem um comprimento estendendo ao longo de um lado da primeira porção de duto e uma profundidade estendendo para longe do lado da primeira porção de duto, em que o comprimento é maior do que um diâmetro da segunda porção de duto.

Description

“MODIFICADOR DE FLUXO DE DESCARGA, INTERSEÇÃO DE DUTO QUE INCORPORA O MESMO E MÉTODOS PARA O MESMO” CAMPO TÉCNICO A presente tecnologia é genericamente dirigida a dispositivos e métodos para modificar fluxo de fluido em um duto. Mais especificamente, algumas modalidades são dirigidas a modificadores de fluxo e porções de transição para aperfeiçoar o fluxo de descarga de um forno de coque através de uma interseção de duto.

ANTECEDENTES

Coque é um combustível carbonáceo sólido que é derivado de carvão. Devido a suas relativamente poucas impurezas, coque é uma fonte de energia favorecida em uma variedade de aplicações úteis. Por exemplo, coque é freqüentemente utilizado para fundir minérios de ferro durante o processo de fabricação de aço. Como exemplo adicional, coque também pode ser utilizado para aquecer edifícios comerciais ou acionar caldeiras industriais.

Em um processo de fabricação de coque típico, uma quantidade de carvão é cozido em um forno de coque em temperaturas que excedem tipicamente 1093,33 graus Celsius. O processo de cozimento transforma o carvão relativamente impuro em coque, que contém relativas poucas impurezas. Ao término do processo de cozimento, o coque emerge tipicamente do forno de coque como uma peça substancialmente intacta. O coque é tipicamente removido do forno de coque, carregado em um ou mais vagões de trem (por exemplo, um vagão quente, um vagão de resfriamento brusco, ou uma vagão quente/vagão de resfriamento brusco combinado), e transportado para uma torre de resfriamento brusco para res-friar ou “resfriar bruscamente” o coque antes de ser tornado disponível para distribuição para uso como uma fonte de combustível. A descarga quente (isto é, gás combustível) é extraída dos fornos de coque através de uma rede de dutos, interseções e transições. As interseções no percurso de fluxo de gás de combustão de uma usina de coque podem levar a perdas significativas de queda de pressão, zonas de fluxo ruim (por exemplo, mortas, estagnadas, recirculação, separação, etc.) e mistura ruim de ar e matéria volátil. As perdas de queda de pressão elevada levam a tiragem exigida mais elevada que pode levar a vazamentos e um sistema mais difícil de controlar. Além disso, a mistura ruim e pontos quentes localizados resultantes podem levar a degradação estrutural mais cedo devido à erosão localizada acelerada e desgaste térmico. A erosão inclui deterioração devido a fluxo de velocidade elevada desgastando o material. Pontos quentes podem levar à degradação térmica de material, o que pode eventualmente causar falha estrutural/térmica. Essa erosão localizada e/ou pontos quentes podem, por sua vez, levar a falhas em interseções de dutos. Por exemplo, a interseção de uma chaminé de respiração da usina de coque e duto de cruzamento é suscetível à distribuição de flu-xo/mistura ruim que pode levar a pontos quentes resultando em falhas de túnel.

Desenhos de interseção de duto tradicionais também resultam em perdas significativas de queda de pressão que podem limitar o número de fornos de coque conectados juntos em uma única bactéria. Há limitações sobre quanta tiragem uma ventoinha de tiragem de usina de coque pode puxar. Quedas de pressão em interseções de duto retiram da quantidade de tiragem disponível para descarregar gases de combustão da bateria do forno de coque.

Esses e outros problemas relacionados com desenho de interseção de duto tradicional resultam em despesas adicionais de capital. Portanto, existe necessidade de fornecer transições/interseção de duto aperfeiçoadas que podem melhorar a mistura, distribuição de fluxo, minimizar zonas de fluxo ruim (por exemplo, mortas, estagnadas, recirculação, separação, etc.), e reduzir as perdas de queda de pressão na interseção desse modo levando à operação aperfeiçoada da usina de coque bem como custos potencialmente mais baixos de projetar, construir e operar uma usina de coque.

SUMÁRIO São fornecidos aqui revestimentos de duto com contorno, palhetas de girar, porções de transição, interseções de duto e métodos de aperfeiçoar o fluxo de gás em um sistema de descarga. Em uma modalidade exemplar, uma interseção de duto compreende uma primeira porção de duto e uma segunda porção de duto estendendo lateralmente a partir de um lado da primeira porção de duto. A segunda porção de duto pode formar um T na primeira porção de duto. A segunda porção de duto pode estender lateralmente a partir do lado da primeira porção de duto em um ângulo menor do que 90 graus.

Pelo menos um modifícador de fluxo é montado dentro de uma das primeira e segunda porções de duto. Em um aspecto da tecnologia descrita aqui, o modifícador de fluxo é um revestimento de duto contornado. Em outro aspecto da presente tecnologia, o modifica-dor de fluxo inclui pelo menos uma Palheta de girar.

Em uma modalidade, o revestimento de duto contornado compreende uma primeira parede com contorno casada com uma superfície interna do duto e uma segunda parede com contorno casada com a primeira parede de contorno. Em um aspecto da presente tecnologia, o revestimento de duto de contorno pode ser montado dentro da primeira porção de duto. Em outro aspecto da presente tecnologia, o revestimento de duto de contorno é montado dentro da segunda porção de duto. A segunda parede de contorno pode compreender um material refratário.

Em outra modalidade, o revestimento de duto de contorno compreende uma primeira parede contornada para casar com uma superfície interna de uma interseção de duto e uma segunda parede fixada à primeira parede. A segunda parede é contornada para modificar a direção de fluxo de gás dentro da interseção de duto. Em um aspecto da presente tecnologia, a segunda parede inclui pelo menos uma superfície convexa.

Ainda em outra modalidade, a interseção de duto compreende uma primeira porção de duto e uma segunda porção de duto estendendo lateralmente a partir de um lado da primeira porção de duto. Uma porção de transição estende entre as primeira e segunda porções de duto, em que a porção de transição tem um comprimento estendendo ao longo de um lado da primeira porção de duto e uma profundidade estendendo para longe do lado da primeira porção de duto. Em uma modalidade, o comprimento é uma função do diâmetro da segunda porção de duto. Em outra modalidade, o comprimento é maior do que um diâmetro da segunda porção de duto. Ainda em uma modalidade adicional, o comprimento é duas vezes a profundidade.

Também é fornecido aqui um sistema de descarga de instalação de coqueificação. Em uma modalidade o sistema de descarga compreende uma chaminé de emergência e um duto de cruzamento estendendo lateralmente a partir de um lado da chaminé de emergência. O sistema também inclui um revestimento de duto contornado incluindo uma primeira parede casada com uma superfície interna da chaminé de emergência e uma segunda parede fixada à primeira parede. A segunda parede é contornada para modificar a direção de fluxo de gás próximo a uma interseção da chaminé de emergência e duto de cruzamento. O sistema de descarga pode compreender ainda um segundo revestimento de duto contornado casado com uma superfície interna do duto de cruzamento. São também considerados métodos para aperfeiçoar fluxo de gás em um sistema de descarga. Em uma modalidade o método pode incluir determinar um local de uma zona de fluxo ruim (por exemplo, morta, estagnada, recirculação, separação, etc.) na interseção de duto e montagem de um modificador de fluxo na interseção de duto no local determinado. Em um aspecto da tecnologia revelada, a localização é determinada com um sistema de desenho auxiliado por computador, como um sistema de dinâmica de fluido computacional (CFD). Em outros aspectos da tecnologia revelada, a localização é determinada por medir condições na interseção de duto, como temperatura, pressão e/ou velocidade.

Em outra modalidade, um método de aperfeiçoar fluxo de gás em um sistema de descarga incluindo pelo menos uma interseção de duto compreende determinar uma localização de uma zona de fluxo ruim na interseção de duto e injetar um fluido na interseção de duto na localização determinada.

Esses e outros aspectos da tecnologia revelada serão evidentes após consideração da Descrição detalhada e figuras da presente invenção. Deve ser entendido, entretanto, que o escopo da invenção será determinado pelas reivindicações como emitidas e não por se a matéria dada trata de todas ou quaisquer questões mencionadas nos antecedentes ou inclui quaisquer características ou aspectos mencionados nesse sumário.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Modalidades não limitadoras e não exaustivas dos dispositivos, sistemas e méto- dos, incluindo a modalidade preferida, são descritas com referência às seguintes figuras, em que numerais de referência similares se referem a partes similares em todas as várias vistas a menos que de outro modo especificado. A figura 1 é uma representação esquemática de uma usina de coque; A figura 2 é uma representação esquemática de um forno de coque representativo e sistema de descarga associado; A figura 3 é uma vista lateral em seção transversal de uma chaminé de emergência e interseção de duto de cruzamento indicando várias anomalias de fluxo próximo à interseção; A figura 4 é uma vista lateral em seção transversal de uma interseção de duto de acordo com uma modalidade exemplar; A figura 5 é uma vista em perspectiva de uma tubulação de ventoinha que estende entre a ventoinha do duto e a chaminé principal de uma usina de coque; A figura 6 é uma vista lateral em seção transversal de uma tubulação de ventoinha tradicional indicando a velocidade de gases que se deslocam através da tubulação e chaminé principal; A figura 7 é uma vista lateral em seção transversal de uma tubulação de ventoinha modificada indicando a velocidade de gases que se deslocam através da tubulação e chaminé principal; A figura 8 é uma vista lateral em seção transversal de uma montagem de palheta de girar de acordo com uma modalidade exemplar; A figura 9 é uma vista em perspectiva da montagem de palheta de girar mostrada na figura 8; A figura 10 é uma vista lateral em seção transversal de uma tubulação de ventoinha de acordo com uma modalidade exemplar indicando a velocidade de gases que se deslocam através da tubulação e chaminé principal; A figura 11A é uma representação esquemática de vista frontal de uma interseção de duto de acordo com uma modalidade exemplar; A figura 11B é uma representação esquemática de vista lateral da interseção de duto mostrada na figura 11 A; A figura 12A é uma representação esquemática de vista frontal de uma interseção de duto de acordo com uma modalidade exemplar; A figura 12B é uma representação esquemática de vista lateral da interseção de duto mostrada na figura 12A; A figura 13 é uma vista lateral de uma interseção de duto de acordo com outra modalidade exemplar; A figura 14 é uma representação esquemática de um sistema de injeção de fluido para uso em uma interseção de duto; A figura 15A é uma vista em perspectiva de uma ligação HRSG intermediária com peças de transição nas juntas de ligação; A figura 15B é uma vista lateral de uma ligação HRSG intermediária com peças de transição nas juntas de ligação; A figura 15C é uma vista em perspectiva de uma ligação HRSG intermediária com peças de transição nas juntas de ligação; e A figura 15D é uma vista superior de uma ligação HRSG intermediária com peças de transição nas juntas de ligação.

DESCRICÃO DETALHADA É fornecido aqui um revestimento de duto contornado, uma interseção de duto e métodos de aperfeiçoar fluxo de gás em um sistema de descarga. As modalidades descritas podem ser implementadas como desenhos originais ou como retroadaptações em instalações existentes. Verificou-se que os desenhos revelados aperfeiçoam as condições térmicas, fluxo e integridade estrutural em interseções ou ligações em um forno de coque ou sistema similar. Por otimizar o formato externo e/ou interno de interseções, a mistura pode ser aperfeiçoada, áreas de condições relativamente indesejáveis podem ser minimizadas, e perdas de queda de pressão na interseção podem ser minimizadas. A redução de perdas de pressão nas interseções pode ajudar a diminuir o(s) ponto(s) de ajuste de tiragem mais bai-xo(s), que podem levar a operação aperfeiçoada bem como diminuir potencial desenhos de custo e manutenção. Além disso, pode ser vantajoso minimizar o ponto de ajuste de tiragem do sistema geral para minimizar infiltração de qualquer ar externo indesejado no sistema.

Detalhes específicos de várias modalidades da tecnologia são descritos abaixo com referência às figuras 1-14. Outros detalhes descrevendo estruturas e sistemas bem conhecidos freqüentemente associados à fabricação de coque e/ou desenho de dueto não foram expostos na revelação a seguir para evitar obscurecer desnecessariamente a descrição das varas modalidades da tecnologia. Muitos dos detalhes, dimensões, ângulos e outros aspectos mostrados nas figuras são meramente ilustrativos de modalidades específicas da tecnologia. Por conseguinte, outras modalidades podem ter outros detalhes, dimensões, ângulos, e aspectos sem se afastar do espírito ou escopo da presente tecnologia. Uma pessoa de conhecimentos comuns na técnica, portanto, entenderá, por conseguinte, que a tecnologia pode ter outras modalidades com elementos adicionais, ou a tecnologia pode ter outras modalidades sem várias das características mostradas e descritas abaixo com referência às figuras 1-14. A figura 1 ilustra uma usina de coque representativo 5 onde carvão 1 é alimentado em uma batería de fomos de coque 10 onde o carvão é aquecido para formar coque. Gases de descarga (isto é, gases de combustão) dos fornos de coque são coletados em um túnel comum 12 que intersecta chaminé de emergência 14. O duto de cruzamento 16 também é conectado ao túnel comum 12 através da chaminé de emergência 14. Gases de combustão quentes fluem através do duto de cruzamento 16 para dentro de uma usina de co-geração 18 que inclui um gerador de vapor de recuperação de calor (HRSG) 20 que por sua vez alimenta turbina a vapor 22. Os gases de combustão continuam até uma instalação de tratamento de enxofre 24 e finalmente os gases de descarga tratados são expelidos através da chaminé principal 28 via ventoinhas de duto 26, que fornecem pressão negativa no sistema inteiro além da tiragem criada por gases que se elevam através da chaminé principal 28.

Com referência adicional à figura 2, pode ser reconhecido que fornos de coque 10 são conectados ao túnel comum 12 via coletores 15. O túnel comum 12 estende horizontalmente ao longo do topo dos fornos de coque 10. Uma chaminé de emergência 14 estende verticalmente a partir do túnel comum 12 como mostrado. O duto de cruzamento 16 intersecta a chaminé de emergência 14 em uma interseção de duto 30. Em operação normal, a chaminé de emergência 14 é fechada pelo que gases de descarga deslocam através do duto de cruzamento 16 até a usina de co-geração 18 (vide a figura 1). No evento de um problema com a usina de co-geração 18, ou outro equipamento à jusante, a chaminé de emergência 14 pode ser aberta para permitir que gases de descarga saiam diretamente do sistema. Embora as figuras mostrem o túnel comum 12 e o duto de cruzamento 16 intersectan-do a chaminé de emergência 14 em elevações diferentes, o túnel comum 12 e duto de cruzamento 16 podem intersecta a chaminé de emergência 14 na mesma elevação. Além disso, a tecnologia revelada aqui pode ser aplicada às interseções que estejam na mesma elevação ou em elevações diferentes. A figura 3 ilustra várias anomalias de fluxo presentes em interseções de duto tradicionais, como interseção de duto 30. A anomalia de fluxo 32 é um ponto de combustão localizada que é devido à distribuição/fluxo ruim. Uma área adicional de distribuição de mistu-ra/fluxo ruim 36 é localizada na chaminé de emergência 14 através do duto de cruzamento 16. Uma zona de fluxo ruim 34 (por exemplo, morta, estagnada, recirculação, separação, etc.) é localizada no duto de cruzamento 16. Essas áreas de zona de fluxo ruim contêm fluxos separados que podem dissipar energia de fluxo útil. Esses espaços de fluxo ruim em potencial também podem conter fluxo vorticoso, inconstante, indesejável, às vezes aumentado por flutuação ou reações químicas, que podem contribuir para acústica ruim, indesejável, harmônica forçada, instabilidades de fluxo em potencial, e leituras incorretas de instrumentos. Leituras incorretas de instrumento podem ocorrer se medições forem feitas em uma zona de fluxo ruim que tenha condições não representativas de fluxo no duto. Devido à natureza das zonas de fluxo ruim, essas áreas também podem causar queda de partícula e promover acúmulo de partículas. A figura 4 ilustra uma interseção de duto aperfeiçoada 130 de acordo com uma mo- dalidade exemplar. A interseção de duto 130 inclui uma primeira porção de duto na forma de chaminé de emergência 114 e uma segunda porção de duto na forma de duto de cruzamento 116 que estende lateralmente a partir de um lado da chaminé de emergência 114. Nessa modalidade, a interseção de duto 130 inclui uma pluralidade de modificadores de fluxo (40, 42, 44) para aperfeiçoar o fluxo de descarga. Por exemplo, o modificador de fluxo 40 tem a forma de um revestimento de duto contornado que é posicionado na interseção 130 da chaminé de emergência 114 e duto de cruzamento 116. O modificador de fluxo 40 ocupa a área onde desenhos tradicionais têm fluxo e mistura ruins como anomalia de fluxo 32 na figura 3. O modificador de fluxo 42 é disposto no duto de cruzamento 116 para ocupar a zona de fluxo ruim 34 mostrada na figura 3. O modificador de fluxo 44 é disposto na chaminé de emergência 114 oposta ao duto de cruzamento 116 e, nesse caso, ocupa a região de distribuição de mistura ruim 36 mostrada na figura 3. Com a adição de modificadores de fluxo 40, 42 e 44 o fluxo F na interseção 130 é aperfeiçoado (vide a figura 4).

Os revestimentos de duto remoldam os contornos internos do duto, alterando inerentemente a natureza e direção do percurso de fluxo entre outros efeitos. Os revestimentos de duto podem ser utilizados para suavizar ou aperfeiçoar a entrada de fluxo ou fornecer melhor transição de um percurso para outro especialmente quando há limitações para fazer isso com o formato de duto. Os revestimentos de duto contornados podem ser utilizados para aliviar erosão/tensão de cisalhamento de parede que se origina de velocidades elevadas e acúmulo de partículas de assentar e/ou impactação de partícula, que poderíam resultar em zonas de fluxo lento ou ruim. Os revestimentos de duto contornados também fornecem melhores transições de duto, ou percursos, para melhor transição e movimento de fluxo, diminuição de tensão e concentrações térmicas, e diminuição de separação de fluxo, etc.

Com referência contínua à figura 4 pode ser reconhecido que, nessa modalidade, os revestimentos de duto contornados 40, 42 e 44 são individualmente compreendidos de uma primeira parede contornada casada com uma superfície interna da interseção de duto e uma segunda parede contornada casada com a primeira parede contornada. Por exemplo, o revestimento de duto contornado 40 inclui uma primeira parede contornada 50 que é casada com a superfície interna 17 da chaminé de emergência 114 e superfície interna 19 do duto de cruzamento 116. O revestimento de duto 40 também inclui uma segunda parede contornada 52 que é casada com a primeira parede contornada 50. Nesse caso, a segunda parede contornada 52 é convexa e estende para dentro do fluxo F dos gases de combustão que se deslocam através da interseção de duto 130. O revestimento de duto contornado 42 inclui uma primeira parede contornada 54 que é casada com uma superfície interna 19 do duto de cruzamento 116. Uma segunda parede contornada 56 é casada com a primeira parede contornada 54 e também é convexa. Similarmente, o revestimento de duto contornado 44 inclui uma primeira parede contornada 58 casada com a superfície interna 17 da chaminé de e- mergência 114 e inclui uma segunda parede contornada 60 casada com a primeira parede contornada 58.

As primeiras paredes contornadas dos revestimentos de duto contornado podem ser fixadas às superfícies internas 17 e 19 por soldagem, fixadores ou similares. Similarmente, as segundas paredes contornadas podem ser fixadas em suas respectivas primeiras paredes contornadas por fixadores apropriados ou por soldagem. Como uma pessoa com conhecimentos comuns na técnica reconhecerá, os revestimentos de duto contornados podem ser compreendidos de vários materiais que são apropriados para aplicações de calor elevado, corrosivas. Por exemplo, as primeiras paredes contornadas 50, 54 e 58 podem ser compreendidas de aço ou outro material apropriado. As segundas paredes contornadas 52, 56 e 60 podem compreender um material refratário como cerâmica que é capaz de resistir a calor associado aos gases de combustão e combustão local. A seleção de materiais pode ser dependente das propriedades térmica, de fluxo e química dos gases de combustão. Como os gases de combustão podem ser de temperaturas, velocidades, composição química variadas, em que todos podem depender de muitos fatores como o tempo no ciclo de coqueifi-cação, ajustes de controle de fluxo, condições ambiente, nos locais no sistema de forno de coqueificação, etc., a seleção de material pode variar também. As camadas de revestimento interno para ligações de duto quente poderíam ter camadas refratárias mais significativas do que para dutos frios. A seleção de materiais apropriados pode levar em conta temperaturas min./Max., ciclagem térmica, reações químicas, erosão de fluxo, acústica, harmônica, ressonância, condensação de produtos químicos corrosivos, e acúmulo de partículas, por exemplo.

Em uma modalidade os modificadores de fluxo podem compreender um revestimento de multicamadas que é construído com um material relativamente barato e coberto com um revestimento. Ainda em outra modalidade, material refratário ou similar pode ser moldado através de tiro (isto é, pulverização). Melhor controle de moldagem através de tiro pode ser realizado por tiro em pequenos incrementos ou camadas. Além disso, um gabarito ou molde pode ser utilizado para auxiliar a moldagem através de tiro. Um gabarito, molde ou técnicas de corte avançadas podem ser utilizadas para moldar o refratário (por exemplo, mesmo na ausência de tiro para o formato principal de uma inserção interna) para inserção no duto e então fixado através de tiro ao revestimento interno do duto. Ainda em outra modalidade, o modificador de fluxo pode ser integralmente formado ao longo do duto. Em outras palavras, a parede do duto pode ser formada ou “entalhada” para fornecer uma superfície convexa ao longo da superfície interior do duto. Como utilizado aqui, o termo convexo não requer uma superfície lisa contínua, embora uma superfície lisa possa ser desejável. Por exemplo, os modificadores de fluxo podem estar na forma de uma protuberância multi-facetada estendendo para dentro do percurso de fluxo. Tal protuberância pode ser compre- endida de múltiplos painéis descontínuos e/ctu superfícies. Além disso, os modificadores de fluxo não são limitados a superfícies convexas. Os contornos dos modificadores de fluxo podem ter outras superfícies complexas que podem ser determinadas por análise CFD e teste, e podem ser determinados por considerações de desenho como custo, espaço, condições operacionais, etc. A figura 5 ilustra uma tubulação de ventoinha tradicional 70 que estende entre as ventoinhas de duto 26 e chaminé principal 28 (vide a figura 1). A tubulação de ventoinha 70 compreende uma pluralidade de ramificações 72, 74 e 76 que intersectam todas no duto 80. Como mostrado na figura, ramificações 74 e 76 incluem desviadores de fluxo 78 enquanto o duto 80 inclui endireitador de fluxo 79. Com referência à figura 6, que indica magnitude de velocidade na tubulação de ventoinha 70, desenhos de tubulação de ventoinha tradicionais resultam em um fluxo de velocidade elevada 82 que podem danificar o duto como resultado de tensão de cisalhamento elevado. Ao contrário, a figura 7 ilustra uma íntersecção de duto de ventoinha 180 que inclui uma montagem de palheta de girar 90. Nesse caso, a magnitude da velocidade fluindo ao lado da superfície da chaminé principal 128 é muito mais baixa do que na configuração de duto convencional mostrada na figura 6. A velocidade de fluxo mais elevada 184 é deslocada para dentro para longe da parede interna da chaminé principal 128, desse modo reduzindo tensão de cisalhamento na parede e ajudando a evitar erosão e corrosão da chaminé. Palhetas de girar dentro do duto ajudam a orientar o percurso de fluxo para um processo mais eficiente. Palhetas de girar podem ser utilizados para fluxo de mistura melhor, melhor direção de fluxo, e diminuição de perdas de pressão total, por exemplo.

Com referência às figuras 8 e 9, a montagem de palheta de girar 90 inclui uma Palheta interna 92 e uma Palheta externa 94. Nessa modalidade, ambas as palhetas interna e externa são dispostas na chaminé principal 128. A figura 8 provê dimensões exemplares pelas quais uma montagem de Palheta de girar podería ser construída. Entretanto, essas dimensões são exemplares e outras dimensões e ângulos podem ser utilizados. Como talvez mostrado melhor na figura 9 a Palheta interna 92 inclui uma porção avançada 902 que conecta a uma porção inclinada 904, que, por sua vez, conecta a porção traseira 906. Como mostrado na figura, a porção inclinada 904 afila de uma largura de 254 cm para uma largura de 203,2 cm. Similarmente, a porção traseira 906 afila de uma largura de 203,2 cm para uma largura de 127 cm. Aqui novamente, as dimensões são somente representativas e podem variar. Nessa modalidade, a porção inclinada 904 é inclinada em aproximadamente 45 graus; entretanto, outros ângulos podem ser utilizados dependendo da aplicação específica. A Palheta externa 94 inclui uma porção avançada 908 conectada a uma porção inclinada 910 que por sua vez é conectada a uma porção traseira 912. A Palheta de girar externa 94 também inclui paredes laterais 914 e 916, como mostrado. As paredes laterais 914 e 916 são oblíquas para dentro em direção as porções inclinada e traseira 910 e 912 em um ângulo A. nessa modalidade, o ângulo A é aproximadamente 10 graus. A montagem de Palheta de girar 90 pode ser montada na chaminé principal 128 com fixadores apropriados ou p ode ser soldada no lugar, por exemplo.

Em uma modalidade exemplar mostrada na figura 10, um duto de tubulação de ven-toinha 280 intersecta a chaminé principal 228 com uma transição inclinada. Nesse caso, pode ser reconhecido que o duto de tubulação de ventoinha 280 tem uma parede superior 281 que faz transição para dentro da chaminé principal 228 em um ângulo. Como mostrado pela magnitude de velocidade 282, isso resulta em uma magnitude de velocidade de fluxo mais baixa do que com desenhos de tubulação de ventoinha tradicionais mostrados nas figuras 5 e 6. Verificou-se que o aperfeiçoamento da interseção/transição da ventoinha de duto para a chaminé principal pode reduzir desgaste e erosão bem como acúmulo de cinzas na chaminé principal. Além da transição inclinada, revestimentos de duto contornados e/ou palhetas de girar podem ser utilizados juntos em combinação. Por exemplo, revestimentos de duto contornados podem ser localizados nas regiões de velocidade mais lenta 202, 204 e 206 como mostrado na figura 10.

As figuras 11A e 11B ilustram uma interseção de duto 230 de acordo com outra modalidade exemplar. Nessa modalidade, a interseção de duto 230 inclui uma chaminé de emergência 214 e um duto de cruzamento 216 com uma porção de transição 240 estendendo entre os mesmos. A alteração do tamanho das áreas em seção transversal de duto próximo ou em interseções pode ajudara melhorar o desempenho de fluxo. Em geral, o aumento do tamanho da área em seção transversal de fluxo como na porção de transição 240 pode ajudar a reduzir perdas de fluxo. A porção de transição pode ajudar fluxo de transição melhor de um duto para um duto contíguo em ligações ou interseções. As transições podem ser alargadas, estampadas, varridas ou similares para fornecer o comportamento de fluxo desejado nas interseções. Além disso, as transições podem convergir ou divergir com relação à direção de fluxo. Porções convergente e divergente podem ser utilizadas em combinação, por exemplo, o duto pode primeiramente convergir e então divergir ou vice versa. Além disso, deve ser entendido que as modalidades podem ser implementadas em várias combinações. Por exemplo, uma montagem de Palheta de girar, como descrito acima com relação às figuras 7-9, pode ser utilizada em combinação com os revestimentos de duto, quer fabricados ou atirados no lugar, bem como porções de transição. A porção de transição 240 tem um comprimento L estendendo ao longo de um lado do duto de descarga e uma profundidade D estendendo para longe do lado do duto de descarga. Nessa modalidade, o comprimento é maior do que um diâmetro d do duto de cruzamento 216. O comprimento L pode ser uma função do diâmetro de duto d ou a profundidade D. por exemplo, o comprimento L pode ser duas vezes a profundidade D. As figuras 12A e 12Β ilustram uma interseção de duto 330 incluindo uma porção de transição 340 que é similar àquele mostrada nas figuras 11A e 11B, exceto nesse caso que a pilha de descarga 314 inclui uma região anular aumentada 315 que é adjacente à interseção 330. A figura 13 ilustra ainda outra modalidade de uma interseção de duto 430 com uma porção de transição assimétrica 440. Dependendo do desempenho desejado de desenho, aletas externas poderíam ser adicionadas para ajudar a aumentar a transferência de calor com o ar ambiente em volta. Por exemplo, aletas externas das superfícies poderíam ser utilizadas para ajudar a esfriar pontos quentes localizados.

Interseções de duto podem ser projetadas, retroadaptadas, ou modificadas para introduzir fluidos como oxidantes (para melhor combustão ou para remover PIC’s, produtos de combustão incompleta), líquidos como água, combustíveis, gases inertes, etc. para ajudara distribuir melhor a combustão e diminuir pontos quentes ou permitir resfriamento do fluxo quente. Por exemplo, fluido pode ser introduzido para fornecer uma camada limite de fluido inerte frio para diminuir pontos quentes em superfícies de parede afetadas. Os fluidos, que poderíam incluir líquidos como água, inerte ou outros gases, poderíam ser utilizados para resfriar ou diminuir certas reações químicas. Os dutos podem ser modificados para acomodar orifícios ou vias adicionais para introduzir fluidos. A introdução de fluido, se introduzido de uma fonte pressurizada, poderia também criar arrasto, desse modo aperfeiçoando a mistura ou energia de fluxo. A figura 14 ilustra uma interseção de duto 530 incluindo um sistema de injeção de fluido 540. O sistema de injeção de fluido 540 é operativo para injetar fluido em regiões específicas na interseção 530 para energizar ou dirigir fluxo, bem como isolar a superfície dos dutos a partir de gases de descarga. O sistema de injeção de fluido 540 inclui um controlador 542 que é conectado a uma pluralidade de válvulas, ou injetores de fluido 544, através de fiação 548. Cada injetor 544 é conectado por tubagem 546 a um reservatório de fluido 550. Deve ser entendido que o termo fluido abrange líquidos bem como gases. Desse modo, o sistema de injeção 540 pode injetar líquidos ou gases no fluxo de descarga. Os injetores podem ser espaçados de forma ótima dependendo das condições de desenho. Os injetores podem injetar fluido transversalmente no duto, como mostrado na figura 14. Alternativamente, os injetores poderíam injetar fluido externo axialmente ou ao longo da direção de fluxo de descarga em vários locais. Os injetores poderíam também injetar fluido em ângulos de injeção diferentes. A direção e método de injeção dependem das condições que existem nas ligações e interseções. O fluido injetado pode vir de uma fonte pressurizada externa. Em outra modalidade, o fluido pode ser retido através de um orifício ou válvula pela tiragem do fluxo de descarga. O sistema de injeção de fluido 540 também pode incluir vários sensores, como sensor de temperatura 552 conectado ao controlador 542 através do cabo 554. Vários senso- res, como sensor 552, podem fornecer realimentação para o controlador 542 de tal modo que fluido possa ser injetado em tempos apropriados. Embora a modalidade seja ilustrada como tendo um único sensor de temperatura, outros sensores adicionais de tipos diferentes de sensores podem ser empregados para fornecer realimentação de controle para o controlador 542. Por exemplo, outro sensor pode incluir sensores de pressão, velocidade e emissões, como um sensor de oxigênio. O sistema de injeção de fluido 540 pode ser utilizado em combinação com os revestimentos de duto contornados, palhetas de girar, e porções de transição reveladas acima. Os revestimentos de duto contornados em combinação com o sistema de injeção de fluido podem estender o uso da interseção de duto como uma zona de mistura verdadeira e potencialmente uma câmara de combustão. Ar e outros aditivos (por exemplo, oxigênio) podem ser injetados na interseção para permitir melhor combustão e uso dos túneis como zonas de combustão estendidas. Além disso, uma interseção de duto bem misturada pode ser configurada para atuar como uma segunda câmara de combustão. A adição de ar extra na zona de mistura de interseção de duto pode queimar qualquer gás de combustão em excesso e mesmo esfriar a interseção com ar em excesso ou outros gases, como nitrogênio. Por exemplo, se o túnel comum for demasiadamente quente e totalmente inflamada, ar pode ser injetado para resfriar o processo. Ao contrário, se o gás combustível não for totalmente inflamado antes de entrar no gerador de vapor de recuperação de calor (HRSG), poderia reduzir os tubos de HRSG, que são tipicamente feitos de metal, levando à corrosão acelerada e falha. Nesse caso, um oxidante é adicionado, como ar, para queimar todos os combustíveis antes de entrar no HRSG.

Embora as modalidades tenham sido descritas com relação a uma interseção de duto entre uma chaminé de emergência e duto de cruzamento, a tecnologia revelada pode ser aplicável a ligações de duto quente, ligações de duto frio, junções de chaminé e HRSGs. Por exemplo, como mostrado nas figuras 15A-15D, uma ligação HRSG intermediária pode incluir peças de transição (632, 634, 642) nas juntas de ligação, as transições 632 e 634 conectam o duto 622 ao duto 630. O duto 630 conecta-se a um tubo retangular 650 através da peça de transição 652. São também considerados aqui métodos de aperfeiçoar o fluxo de gás em um sistema de descarga que inclui pelo menos uma interseção de duto. Os métodos podem incluir qualquer etapa de procedimento inerente nas estruturas descritas aqui. Em uma modalidade, o método compreende determinar um local de zona de fluxo ruim ou baixo, uma área de combustão ruim, ou uma área de mistura ruim (isto é, áreas de condições relativamente indesejáveis) na interseção de duto e fornecer um modificador de fluxo no local determinado. A provisão de um modificador de fluxo pode incluir, por exemplo, e sem limitação, montar um revestimento de duto no duto, atirar um material refratário para o interior do duto, montar palhetas de girar no duto, formar uma superfície convexa ao longo do duto, e combinações do acima. O local pode ser determinado com um sistema de projeto auxiliado por computador, como um sistema CFD. O local também pode ser determinado por medir condições na interseção de duto, como temperatura, pressão e velocidade. Em outra modalidade, o método compreende determinar um local de uma zona de fluxo ruim na interseção de duto e injetar um fluido na interseção de duto no local determinado. A partir do acima será reconhecido que embora modalidades específicas da tecnologia tenham sido descritas aqui para fins de ilustração, várias modificações podem ser feitas sem se desviar do espírito e escopo da tecnologia. Além disso, certos aspectos da tecnologia nova descrita no contexto de modalidades específicas podem ser combinados ou eliminados em outras modalidades. Além disso, embora vantagens associadas a certas modalidades da tecnologia tenham sido descritas no contexto dessas modalidades, outras modalidades também podem apresentar tais vantagens, e nem todas as modalidades precisam necessariamente apresentar tais vantagens para estar compreendidas no escopo da tecnologia. Por conseguinte, a revelação e tecnologia associada podem abranger outras modalidades não expressamente mostradas ou descritas aqui. Desse modo, a revelação não é limitada exceto como pelas reivindicações apensas.

Exemplos: 1. Interseção de duto, compreendendo: Uma primeira porção de duto;

Uma segunda porção de duto estendendo lateralmente a partir de um lado da primeira porção de duto; e Pelo menos um modificadorde fluxo disposto dentro de uma das primeira e segunda porções de duto. 2. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 1, em que o modificador de fluxo é um revestimento de duto contornado. 3. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 2, em que o revestimento de duto contornado compreende uma primeira parede contornada casada com uma superfície interna do duto e uma segunda parede contornada casada com a primeira parede contornada. 4. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 3, em que a segunda parede contornada compreende um material refratário. 5. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 2, em que a segunda porção de duto forma um T na primeira porção de duto. 6. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 5, em que o revestimento de duto contornado é montado no interior da primeira porção de duto. 7. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 5, em que o revestimento de duto contornado é montado no interior da segunda porção de duto. 8. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 1, em que o modificador de fluxo inclui pelo menos uma palheta de girar. 9. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 1, em que o modificador de fluxo compreende material refratário moldado. 10. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 1, em que a segunda porção de duto estende lateralmente a partir do lado da primeira porção de duto em um ângulo menor do que 90 graus. 11. Revestimento de duto contornado para uso em uma interseção de duto, compreendendo: Uma primeira parede contornada para casar com uma superfície interna de uma interseção de duto; e Uma segunda parede fixada à primeira parede, em que a segunda parede é contornada para modificar a direção de fluxo de gás na interseção de duto. 12. Revestimento de duto contornado, de acordo com a reivindicação 11, em que a segunda parede inclui pelo menos uma superfície convexa. 13. Revestimento de duto contornado, de acordo com a reivindicação 11, em que a segunda parede compreende um material refratário. 14. Sistema de descarga de instalação de coqueificação, compreendendo: Uma chaminé de emergência: Um duto de cruzamento estendendo iateralmente a partir de um lado da chaminé de emergência; e Um revestimento de duto contornado, incluindo uma superfície convexa para modificar a direção de fluxo de gás próximo a uma interseção da chaminé de emergência e duto de cruzamento. 15. Sistema de descarga de instalação de coqueificação, de acordo com a reivindicação 14, compreendendo ainda um segundo revestimento de duto contornado disposto em uma superfície interna do duto de cruzamento. 16. Sistema de descarga de instalação de coqueificação aperfeiçoada incluindo uma chaminé de emergência e um duto de cruzamento estendendo lateralmente a partir de um lado da chaminé de emergência, o aperfeiçoamento compreendendo: Um revestimento de duto contornado, incluindo uma superfície convexa operativa para modificar a direção de fluxo de gás próximo a uma interseção da chaminé de emergência e duto de cruzamento. 17. Método de aperfeiçoar fluxo de gás em um sistema de descarga incluindo pelo menos uma interseção de duto, o método compreendendo: Determinar um loca! tende características de fluxo indesejáveis na interseção de duto; e Fornecer um modificador de fluxo na interseção de duto no local determinado. 18. Método, de acordo com a reivindicação 17, em que o local é determinado com um sistema de projeto auxiliado por computador. 19. Método, de acordo com a reivindicação 17, em que o local é determinado por medir condições na interseção de duto. 20. Método, de acordo com a reivindicação 19, em que as condições são selecionadas do grupo que consiste em temperatura, pressão e velocidade. 21. Método, de acordo com a reivindicação 17, em que o modificador de fluxo é um revestimento de duto contornado. 22. Método, de acordo com a reivindicação 17, em que o modificador de fluxo é pelo menos uma palheta de girar. 23. Método, de acordo com a reivindicação 17, compreendendo ainda atirar material refratário em uma superfície interna da interseção de duto no local determinado, desse modo fornecendo a superfície convexa. 24. Interseção de duto, compreendendo: Uma primeira porção de duto;

Uma segunda porção de duto estendendo lateralmente a partir de um lado da primeira porção de duto; e Uma porção de transição estendendo entre as primeira e segunda porções de duto, em que a porção de transição tem um comprimento estendendo ao longo de um lado da primeira porção de duto e uma profundidade estendendo para longe do lado da primeira porção de duto, em que o comprimento é maior do que um diâmetro da segunda porção de duto. 25. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 24, em que o comprimento é duas vezes a profundidade. 26. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 24, em que a porção de transição é alargada. 27. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 24, em que a primeira porção de duto inclui uma região anular aumentada e a porção de transição estende entre a região anular aumentada e a segunda porção de duto. 28. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 24, em que a segunda porção de duto estende iateralmente a partir do lado da primeira porção de duto em um ângulo menor do que 90 graus. 29. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 24, em que a segunda porção de duto forma um T na primeira porção de duto. 30. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 24, compreendendo ainda pelo menos um modificador de fluxo tendo uma superfície convexa disposta dentro de uma das primeira e segunda porções de duto. 31. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 30, compreendendo ainda pelo menos uma palheta de girar. 32. Método de aperfeiçoar fluxo de gás em um sistema de descarga incluindo pelo menos uma interseção de duto, o método compreendendo: Determinar um local de uma zona de fluxo ruim na interseção de duto; e Injetar um fluido na interseção de duto no local determinado.

Claims

1. Interseção de duto, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: Uma primeira porção de duto; Uma segunda porção de duto estendendo lateralmente a partir de um lado da primeira porção de duto; e Pelo menos um modificador de fluxo disposto dentro de uma das primeira e segunda porções de duto.

2. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o modificador de fluxo é um revestimento de duto contornado.

3. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o revestimento de duto contornado compreende uma primeira parede contornada casada com uma superfície interna do duto e uma segunda parede contornada casada com a primeira parede contornada.

4. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda parede contornada compreende um material refratário.

5. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda porção de duto forma um T na primeira porção de duto.

6. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o revestimento de duto contornado é montado no interior da primeira porção de duto.

7. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o revestimento de duto contornado é montado no interior da segunda porção de duto.

8. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o modificador de fluxo inclui pelo menos uma palheta de girar.

9. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o modificador de fluxo compreende material refratário moldado.

10. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda porção de duto estende lateralmente a partir do lado da primeira porção de duto em um ângulo menor do que 90 graus.

11. Revestimento de duto contornado para uso em uma interseção de duto, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: Uma primeira parede contornada para casar com uma superfície interna de uma interseção de duto; e Uma segunda parede fixada à primeira parede, em que a segunda parede é contornada para modificar a direção de fluxo de gás na interseção de duto.

12. Revestimento de duto contornado, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda parede inclui pelo menos uma superfície convexa.

13. Revestimento de duto contornado, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda parede compreende um material refratário.

14. Sistema de descarga de instalação de coqueificação, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: Uma chaminé de emergência; Um duto de cruzamento estendendo lateralmente a partir de um lado da chaminé de emergência; e Um revestimento de duto contornado, incluindo uma superfície convexa para modificar a direção de fluxo de gás próximo a uma interseção da chaminé de emergência e duto de cruzamento.

15. Sistema de descarga de instalação de coqueificação, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um segundo revestimento de duto contornado disposto em uma superfície interna do duto de cruzamento.

16. Sistema de descarga de instalação de coqueificação aperfeiçoada incluindo uma chaminé de emergência e um duto de cruzamento estendendo lateralmente a partir de um lado da chaminé de emergência, o aperfeiçoamento CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: Um revestimento de duto contornado, incluindo uma superfície convexa operativa para modificar a direção de fluxo de gás próximo a uma interseção da chaminé de emergência e duto de cruzamento.

17. Método de aperfeiçoar fluxo de gás em um sistema de descarga incluindo pelo menos uma interseção de duto, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: Determinar um local tendo características de fluxo indesejáveis na interseção de duto; e Fornecer um modificador de fluxo na interseção de duto no local determinado.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que o local é determinado com um sistema de projeto auxiliado por computador.

19. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que o local é determinado por medir condições na interseção de duto.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que as condições são selecionadas do grupo que consiste em temperatura, pressão e velocidade.

21. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que o modificador de fluxo é um revestimento de duto contornado.

22. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que o modificador de fluxo é pelo menos uma palheta de girar.

23. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda atirar material refratário em uma superfície interna da interseção de duto no local determinado, desse modo fornecendo a superfície convexa.

24. Interseção de duto, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: Uma primeira porção de duto; Uma segunda porção de duto estendendo lateralmente a partir de um lado da primeira porção de duto; e Uma porção de transição estendendo entre as primeira e segunda porções de duto, em que a porção de transição tem um comprimento estendendo ao longo de um lado da primeira porção de duto e uma profundidade estendendo para longe do lado da primeira porção de duto, em que o comprimento é maior do que um diâmetro da segunda porção de duto.

25. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que o comprimento é duas vezes a profundidade.

26. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de transição é alargada.

27. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira porção de duto inclui uma região anular aumentada e a porção de transição estende entre a região anular aumentada e a segunda porção de duto.

28. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda porção de duto estende lateralmente a partir do lado da primeira porção de duto em um ângulo menor do que 90 graus.

29. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda porção de duto forma um T na primeira porção de duto.

30. Interseção de duto, deacordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda pelo menos um modificador de fluxo tendo uma superfície convexa disposta dentro de uma das primeira e segunda porções de duto.

31. Interseção de duto, de acordo com a reivindicação 30, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda peto menos uma palheta de girar.

32. Método de aperfeiçoar fluxo de gás em um sistema de descarga incluindo pelo menos uma interseção de duto, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: Determinar um local de uma zona de fluxo ruim na interseção de duto; e Injetar um fluido na interseção de duto no local determinado.