BR112015005220B1

BR112015005220B1 - Instalação de resfriamento brusco a seco de coque

Info

Publication number: BR112015005220B1
Application number: BR112015005220-7A
Authority: BR
Inventors: Kazuya Eguchi; Yoshio Egawa; Kosuke Yokote; Udai Kaneko
Original assignee: Nippon Steel & Sumikin Engineering Co., Ltd.; Ns Plant Designing Corporation
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2019-07-09
Also published as: BR112015005220A2; WO2014041919A1; CN103814109A; UA114336C2; EP2896679A1; RU2632016C2; EP2896679A4; EP2896679B1; JP5202751B1; JP2014055261A; CN103814109B; RU2015113404A

Abstract

resumo patente de invenção: "instalação de resfriamento brusco a seco de coque". a presente invenção refere-se a uma instalação de resfriamento brusco a seco de coque incluindo um ciclone ao invés de um apanhador de poeira convencional como um apanhador de poeira primário, a instalação de resfriamento brusco a seco de coque tendo a configuração de modo a não para prover gás de resfriamento circulante a cerca de 1.000°c ao ciclone e a possibilitar uma subida de temperatura do gás de resfriamento circulante para ser cerca de 1.000°c antes de atingir uma caldeira, evitando, assim, uma diminuição na quantidade de recuperação de calor pela caldeira sem aumentar a taxa de fluxo do gás de resfriamento circulante. a instalação de resfriamento brusco a seco de coque (100) inclui: uma câmara (10), para dentro da qual coque quente em brasa é fornecido e gás de resfriamento circulante é soprado; um ciclone (20), para dentro do qual gás de resfriamento circulante é introduzido via um primeiro duto (70), o ciclone coletando pó de coque; e uma caldeira (30), para dentro da qual gás de resfriamento circulante é introduzido via um segundo duto (80), a caldeira recuperando calor do gás de resfriamento circulante. gás de resfriamento circulante tendo temperatura controlada para ser de 900°c ou mais baixa é provido no ciclone (20), e uma trajetória de introdução de ar (40) para introduzir ar no gás de resfriamento circulante está localizada em uma parte ao longo do segundo duto (80) apenas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para INSTALAÇÃO DE RESFRIAMENTO BRUSCO A SECO DE COQUE.

Campo Técnico [001] A presente invenção refere-se a uma instalação de resfriamento brusco a seco de coque.

Técnica Antecedente [002] O processo de fabricação de ferro começa com uma etapa para produzir ferro gusa, onde ferro é reduzido, a partir de minério de ferro (óxido de ferro), com coque, que é carvão solidificado por cozimento. Resfriamento brusco a seco de coque (CDQ) é uma instalação para resfriamento de coque quente em brasa cozido em um forno de coque, a partir do qual calor é recuperado para gerar vapor d'água de alta temperatura e de alta pressão. O vapor d'água assim gerado é tipicamente usado como eletricidade e vapor d'água de processamento para produzir ferro e aço.

[003] Com referência agora à fig. 4, a seguir descreve-se brevemente uma CDQ convencional. Como mostrado no desenho, a CDQ convencional inclui dois trocadores de calor de uma câmara CB e uma caldeira BO. Na câmara CB, gás inerte como gás de resfriamento circulante (gás contendo nitrogênio como um ingrediente principal, bem como CO2, H2O, quantidade pequena de CO e H2) é usado para resfriar coque quente em brasa Co.

[004] A câmara CB e a caldeira BO estão ligadas a um apanhador de poeira primário PD via um primeiro duto Fd, que está então ligado à caldeira BO via um segundo duto Sd. A caldeira BO está ligada ao apanhador de poeira secundário SD via um terceiro duto Td, que está então ligado à câmara CB via uma caldeira de gás GB e o terceiro duto Td. Os apanhadores de poeira PD e SD têm paredes internas, com as quais colide gás, e durante o curso do gás de resfriamento circulante que passa através do mesmo, poeira tal como coque, colide

2/23 com as paredes e cai para baixo (direção R1 e direção R2).

[005] Coque quente em brasa Co descarregado a partir de um forno de coque não ilustrado e armazenado em um balde não ilustrado é levado à câmara CB a partir do seu topo (direção de X1). A câmara CB inclui uma pré-câmara superior PC para armazenar o coque quente em brasa Co em uma alta temperatura, a partir da qual o coque quente em brasa Co é deixado cair para baixo para uma câmara de resfriamento CC localizada embaixo em intervalos de tempo constantes. Tal operação permite que o coque quente em brasa Co seja resfriado a partir da temperatura original a cerca de 1.000°C para 200°C ou mais baixa (coque quente em brasa resfriado Co' é gerado), que é então ejetado através de um equipamento de descarga de coque EJ provido em um fundo da câmara CB e é então transportado para um alto forno não ilustrado por um transportador BC.

[006] Tal gás de resfriamento circulante contém gás não queimado tal como CO, e a fim de se completar totalmente uma reação de combustão de tal gás não queimado antes que o gás de resfriamento circulante alcance a entrada da caldeira BO, uma trajetória de introdução de ar AD para a combustão de gás não queimado é tipicamente provida em um topo de um duto em anel Rd que envolve a pré-câmara PC da câmara CB, através da qual ar para a combustão é provido ao gás de resfriamento circulante. A razão para a conclusão da combustão de gás não queimado antes que o gás de resfriamento circulante alcance a caldeira é aumentar a temperatura do gás de resfriamento circulante e assim aumentar a quantidade de recuperação de calor pela caldeira. A razão para a provisão de ar para a combustão no lado a montante do apanhador de poeira primário PD é que leva um certo tempo para se misturarem o gás não queimado e ar (oxigênio) para combustão suficiente. O gás de resfriamento circulante que ascende da câmara de resfriamento CC para o duto em anel Rd tem uma tem

3/23 peratura aumentada para cerca de 800 a 900°C, à qua l o ar para a combustão é então provido, pelo que a temperatura do gás de resfriamento circulante sobe mais para cerca de 1.000°C pa ra ser atmosfera de alta temperatura.

[007] O gás de resfriamento circulante flui em geral na CDQ como se segue. O gás de resfriamento circulante incluindo gás inerte é soprado para dentro da câmara de resfriamento CC em uma parte inferior da câmara oriundo do soprador de gás GB como uma parte da instalação de circulação (direção Y1), e ascende para cima (direção Y2) para entrar em contato com coque quente em brasa Co de alta temperatura que cai para baixo (direção de X2). Então, o gás de resfriamento circulante passa através do duto em anel Rd que envolve a pré-câmara PC, e entra no apanhador de poeira primário PD a partir do primeiro duto. Fd (conduto de gases) (direção Y2) e flui em direção à caldeira (direção Y3).

[008] O gás de resfriamento circulante que segue através do primeiro duto Fd tipicamente inclui uma grande quantidade de pó de coque tendo alta abrasividade, e assim o apanhador de poeira primário PD pode capturar grosseiramente 20 a 30% do pó de coque total (direção R1).

[009] A caldeira BO internamente inclui um tubo de alimentação de água FW e um tubo de escape de vapor d'água DW que são integralmente instalados, de modo que água é alimentada através de um tubo de alimentação de água FW (direção Z1), a água se transforma em vapor d'água enquanto fluindo através da caldeira BO (direção Z2) pelo calor do gás de resfriamento circulante que flui através da caldeira BO (direção Y4) e o vapor d'água é então ejetado via o tubo de exaustão de vapor d'água DW para a recuperação de calor (direção Z3).

[0010] A temperatura do gás de resfriamento circulante cujo calor

4/23 foi tomado pela geração de vapor d'água cai para 200°C ou mais baixa, e flui em direção ao apanhador de poeira secundário SD via o terceiro duto (direção Y5), onde a maior parte do pó de coque do gás de resfriamento circulante restante é apanhada (direção de R2).

[0011] Depois que a maior parte do pó de coque contido no gás de resfriamento circulante é coletada e a temperatura cai para 200°C ou mais baixa, a temperatura do gás de resfriamento circulante cai ulteriormente via o soprador de gás GB e um preaquecedor de água de suprimento SE para cerca de 130°C, e o gás de resfriamento circulante em tal estado é soprado para dentro da câmara de resfriamento CC (direção de Y1). Desse modo, o gás de resfriamento circulante circula no CDQ.

[0012] Literatura de patente 1 revela uma técnica que se relacionada com uma instalação de resfriamento brusco a seco de coque que é configurada para prover ar para combustão de gás não queimado com gás de resfriamento circulante no lado a montante de um apanhador de poeira primário como mostrado na fig. 4, tendo especialmente uma característica no modo de soprar ar.

[0013] A CDQ revelada na Literatura de patente 1 também inclui um apanhador de poeira primário convencionalmente configurado, e, como descrito acima, tal apanhador de poeira primário é tipicamente de um tipo com baixa eficácia de captação, e, assim, tal CDQ tem de prevenir abrasão na caldeira. Para esse fim, usa-se, por exemplo, um método para formar uma película resistente a abrasão por aplicação de um material de resistência a abrasão a uma face de transferência de calor por borrifamento térmico ou semelhante, ou um método para diminuir o fluxo do gás de resfriamento circulante, por exemplo.

[0014] O método para formar uma película resistente a abrasão por aplicação de um material de resistência a abrasão a uma face de parede pelo borrifamento térmico ou semelhante tem um grande pro5/23 blema do custo exigido para tal operação de formação de película. No método para diminuir o fluxo do gás de resfriamento circulante, uma área de transferência de calor tem de ser aumentada para compensar o desempenho de transferência de calor diminuído devido ao fluxo mais baixo, e assim suprimir redução na quantidade de calor recuperado. Tal aumento na área de transferência de calor causa diretamente um aumento na escala da caldeira, que também leva ao problema do custo de instalação.

[0015] Ao invés do apanhador de poeira primário convencional, um ciclone pode ser usado como revelado na Literatura de patente 2 de modo a aumentar a eficácia de captura de pó de coque que o gás de resfriamento circulante contém em um estágio anterior do gás de resfriamento circulante que entra na caldeira, e suprimir o aumento no custo que resulta de um escala maior da caldeira, por exemplo.

[0016] No entanto, uma vez que gás de resfriamento circulante a cerca de 1.000°C flui para dentro do ciclone, torna -se difícil usar para o ciclone aço inoxidável ou semelhante, que é um aço resistente a calor típico para formar um ciclone, e têm de ser usados materiais caros resistentes a calor, tal como Inconel, e assim o problema do custo da instalação não pode ainda ser resolvido. Adicionalmente, um outro problema de clínquer (massa fundida) aderido a uma parede do ciclone é causado porque gás não queimado e oxigênio coexistem e ocorre uma reação de combustão dos mesmos, que degrada a propriedade de coleta de poeira.

[0017] Como uma outra contramedida, pode ser considerado usarse um ciclone e aumentar-se a taxa de fluxo do gás de resfriamento circulante para diminuir a temperatura de gás. Nesse caso também, um aumento no tamanho (que envolve um aumento no consumo de energia pelo soprador de gás) da CDQ (sistema) como um todo devido ao aumento na taxa de fluxo de gás não pode ser evitada, e assim

6/23 ainda ocorre o problema do custo da instalação.

Lista de Citação

Literaturas de patente [0018] Literatura de patente 1: Publicação de pedido de patente japonês No. S61(1986)-168690 A [0019] Literatura de patente 2: Publicação de pedido de modelo de utilidade japonês No. S63(1988)-81838 A

Sumário da Invenção

Problema Técnico [0020] Em virtude dos problemas acima mencionados, é um objetivo da presente invenção prover uma instalação de resfriamento brusco a seco de coque que possa aperfeiçoar a eficácia de captura de pó de coque que o gás de resfriamento circulante contém em um estado anterior à caldeira. A instalação de resfriamento brusco a seco de coque inclui um ciclone ao invés de um apanhador de poeira convencional como um apanhador de poeira primário, a instalação de resfriamento brusco a seco de coque tendo a configuração de modo a não prover ao ciclone gás de resfriamento circulante de cerca de 1.000°C e permitir que a temperatura do gás de resfriamento circulante se eleve para cerca de 1.000°C antes de alcançar uma caldeira, assim evitando uma diminuição na quantidade de recuperação de calor pela caldeira sem aumentar a taxa de fluxo do gás de resfriamento circulante.

Solução para o Problema [0021] A fim de atingir o objetivo afirmado acima, a instalação de resfriamento brusco a seco de coque da presente invenção inclui: uma câmara, para dentro da qual coque quente em brasa é fornecido e gás de resfriamento circulante é soprado; um apanhador de poeira, para dentro do qual gás de resfriamento circulante tendo temperatura se elevando devido a coque quente em brasa na câmara é introduzido via um primeiro duto, o apanhador de pó coletando pó de coque no gás de

7/23 resfriamento circulante; e uma caldeira, para dentro da qual gás de resfriamento circulante que flui para fora a partir do apanhador de pó é introduzido via um segundo duto, a caldeira recuperando calor de gás de resfriamento circulante. Gás de resfriamento circulante que flui para fora a partir da caldeira é retornado para a câmara novamente via um terceiro duto que liga a caldeira e a câmara, assim resfriando ali coque quente em brasa. O apanhador de pó inclui um ciclone. Gás de resfriamento circulante tendo temperatura controlada para ser 900°C ou mais baixa é provido no ciclone. Uma trajetória de introdução de ar, para introduzir ar no gás de resfriamento circulante para a combustão de gás não queimado no gás de resfriamento circulante, está localizada em uma parte ao longo do segundo duto apenas.

[0022] A instalação de resfriamento brusco a seco de coque (CDQ) da presente invenção inclui um ciclone como um apanhador de poeira, e é configurada para prover uma trajetória de introdução de ar, não em uma parte entre a câmara e o primeiro duto, mas sim apenas em uma parte ao longo do segundo duto de modo a introduzir ar no gás de resfriamento circulante para combustão de gás não queimado. Essa configuração assegura que gás de resfriamento circulante tendo temperatura controlada para ser de 900°C ou mais ba ixa seja provido ao ciclone e gás de resfriamento circulante a cerca de 1.000°C depois de combustão do gás não queimado seja provido à caldeira.

[0023] A configuração para prover gás de resfriamento circulante tendo temperatura controlada para ser de 900°C ou m ais baixa no ciclone, e para prover uma trajetória de introdução de ar para introduzir ar no gás de resfriamento circulante para a combustão de gás não queimado no gás de resfriamento circulante não em uma parte entre a câmara e o primeiro duto mas sim apenas em uma parte ao longo do segundo duto significa que a provisão de gás de resfriamento circulante tendo temperatura controlada para ser de 900°C ou mais baixa e

8/23 a provisão de uma trajetória de introdução de ar apenas em uma parte ao longo do segundo duto estão intimamente ligadas. Isto é, a configuração para introduzir ar, ainda que em uma pequena quantidade, para dentro do primeiro duto ou da câmara localizada a montante do ciclone, por exemplo, pode parecer não satisfazer a configuração da presente invenção em termos da configuração (literalmente). No entanto, contanto que gás de resfriamento circulante a uma temperatura de 900°C ou mais baixa, que não causa um problema na face de parede do ciclone, seja provido ao ciclone, tal modo de controle também está incluído na configuração da presente invenção mencionada acima. Isto é, a única configuração que está fora da presente invenção é um modo de prover gás de resfriamento circulante em uma temperatura que exceda 900°C no ciclone, e, para esse fim, uma trajetória de introdução de ar seja provida em uma parte entre a câmara e o primeiro duto, e ar provido via esse possa gerar gás de resfriamento circulante em uma temperatura que exceda 900°C (por exemplo, a cerca de 980°C) em um duto a montante do ciclone. Portanto, não tal configuração, mas sim a configuração de prover uma quantidade pequena de ar a gás de resfriamento circulante, que inclui uma trajetória de introdução de ar tal como duto no lado a montante do ciclone, tem os efeitos vantajosos da presente invenção, e, assim, quando a configuração deve introduzir gás de resfriamento circulante em uma temperatura de 900°C ou mais baixa em um ciclone, tal configuração está incluída na configuração da presente invenção acima mencionada mesmo quando o modo de prover uma trajetória de introdução de ar é diferente daquele da presente invenção. Aqui, controlada para ser de 900°C ou ma is baixa pode ser executada pela não provisão de ar no lado a montante do ciclone baseada no desempenho convencional de CDQ. Um outro modo é controlar o gás de resfriamento circulante para estar em uma baixa temperatura (por exemplo, controlar para estar a cerca de 100°C,que é mais

9/23 baixa do que a 130°3, que é uma temperatura convencional e típica) antes e depois que o gás de resfriamento circulante entra na câmara de resfriamento de modo que o gás de resfriamento circulante que flui através do primeiro duto possa ter uma temperatura de 900°C ou mais baixa.

[0024] Desse modo, a configuração da instalação de CDQ é aperfeiçoada de modo a incluir o ciclone tendo excelente desempenho de captura de poeira bem como a trajetória de introdução de ar provida diferentemente da configuração convencional para a combustão de gás não queimado no gás de resfriamento circulante. Com essa configuração, o gás de resfriamento circulante em uma faixa de temperatura relativamente baixa de 900°C ou mais baixa flui para dentro do ciclone para a captura de poeira, e assim o ciclone pode ser produzido de aço resistente a calor típico, tal como aço inoxidável incluindo SUS304, por exemplo, e não de um material caro resistente a calor tal como Inconel.

[0025] Especialmente, ar é provido a gás não queimado em um duto (o segundo duto) que está a jusante do ciclone que gera o fluxo de turbilhonamento, pelo que combustão do gás não queimado pode ser promovida usando-se o fluxo de turbilhonamento do gás de resfriamento circulante incluindo o gás não queimado. Portanto, a configuração tendo uma distância mais curta entre o ciclone e a caldeira, isto é, um comprimento mais curto do segundo duto também pode completar com segurança a combustão de gás não queimado antes que o gás de resfriamento circulante alcance a caldeira. Os presentes inventores confirmaram que o tempo exigido para que o gás de resfriamento circulante em turbilhonamento alcance a caldeira a partir do ciclone é cerca de 1 segundo ou mais curto, e que gás não queimado pode ser totalmente queimado em um tempo tão curto.

[0026] Além disso, uma vez que ar não é provido ao gás de resfri10/23 amento circulante no ciclone, pode ser suspenso o clínquer gerado a partir de combustão de gás não queimado no ciclone, que adere à parede do ciclone. Isso pode prevenir o problema de degradação na propriedade de captura de poeira do ciclone devida a clínquer aderido à parede.

[0027] Uma vez que a temperatura do gás de resfriamento circulante provida no ciclone é diminuída, uma expansão térmica é correspondentemente suprimida. Como um resultado, o volume do gás de resfriamento circulante provido também é reduzido, e o ciclone pode ser produzido compacto. A estimativa mostra que o volume do gás de resfriamento circulante a cerca de 800 a 900°C pode ser cerca de 75% do volume do gás de resfriamento circulante a cerca de 980°C.

[0028] Verificou-se também que o ciclone usado pode alcançar uma quantidade de poeira capturada que é de 3 a 8 vezes aquela do apanhador de poeira primário convencional descrito acima e, assim, pode reduzir grandemente a concentração de poeira. Isso pode reduzir grandemente as influências de abrasão causadas pelo gás de resfriamento circulante na caldeira, e, assim, torna-se desnecessário o custo para formar uma película resistente à abrasão tal como para o borrifamento térmico ou um protetor. O fluxo do gás de resfriamento circulante também pode ser acelerado por até cerca de 1,5 vezes, e o desempenho de transferência de calor pode ser correspondentemente aperfeiçoado, (valor de K (coeficiente de transferência de calor total) aperfeiçoado permite uma diminuição na área de transferência de calor), de modo que a caldeira pode ser produzida compacta quando uma quantidade constante de vapor d'água deve ser recuperada.

[0029] A aumentada eficácia de captura de poeira pelo ciclone pode eliminar um segundo apanhador de poeira e um transportador associado ao mesmo, que são providos a jusante da caldeira na configuração convencional, levando a uma diminuição no custo de instalação

11/23 do sistema de CDQ como um todo.

[0030] De preferência o segundo duto inclui uma parte ascendente que se eleva para cima a partir de um topo do ciclone e uma parte horizontal que é dobrada a partir da parte ascendente e estende-se em uma direção horizontal ou em uma direção substancialmente horizontal, e uma trajetória de introdução de ar é provida na parte ascendente. Aqui, a expressão direção substancialmente horizontal refere-se a uma inclinação com referência à direção horizontal dentro da faixa de cerca de ±20 graus.

[0031] Fluxo de turbilhonamento do gás de resfriamento circulante gerado no ciclone flui através de toda a seção do segundo duto incluindo a parte ascendente e uma parte horizontal que se estende na direção horizontal ou na direção substancialmente horizontal.

[0032] Aqui, como a trajetória de introdução de ar é provida em uma parte ascendente que se eleva para cima a partir do topo do ciclone, ar pode ser provido ao fluxo de turbilhonamento a uma alta velocidade de fluxo de turbilhonamento, pelo que combustão de gás não queimado pode ser promovida em comparação com o caso de o ar ser provido na parte horizontal.

[0033] A trajetória de introdução de ar pode ser provida de preferência em uma posição que não inibe o fluxo de turbilhonamento que é gerado durante o curso do gás de resfriamento circulante que entra no ciclone ao longo da trajetória de introdução de ar configurada em linha encurvada provida lateralmente à parte ascendente cilíndrico, por exemplo, enquanto definindo a direção de introdução de ar que não inibe o fluxo de turbilhonamento similarmente. A trajetória de introdução de ar pode ser provida de vários modos. Por exemplo, uma trajetória de introdução de ar pode ser provida em uma posição de nível prédeterminada da parte ascendente, ou duas ou mais trajetórias de introdução de ar podem ser providas no mesmo nível da parte ascen

12/23 dente (no caso de duas, elas estão em posições de linhas diagonais, no caso de três, elas estão em intervalos de 120 graus, e no caso de quatro, elas estão em intervalos de 90 graus).

Efeitos Vantajosos da Invenção [0034] Como pode ser entendido do exposto acima, a instalação de CDQ da presente invenção inclui o ciclone tendo excelente desempenho de captura de poeira bem como as trajetórias de introdução de ar providas diferentemente da configuração convencional para a combustão de gás não queimado no gás de resfriamento circulante. Com essa configuração, o gás de resfriamento circulante a uma temperatura mais baixa do que na configuração convencional flui para dentro do ciclone para a captura de poeira sem aumentar a taxa de fluxo do gás de resfriamento circulante, e assim o ciclone pode ser produzido de aço resistente a calor típico. Clínquer gerado no ciclone também pode ser reduzido, e assim degradação em propriedade de captura de poeira do ciclone pode ser deprimida. Como a temperatura do gás de resfriamento circulante provida no ciclone está em 900°C ou mais baixa, o volume do gás de resfriamento circulante também é reduzido, e o ciclone pode ser produzido compacto. Como o ciclone pode reduzir grandemente a concentração de poeira, o gás de resfriamento circulante que flui através da caldeira contém menos poeira, e assim uma medida contra a abrasão na face de transferência de calor da caldeira pode ser eliminada. O fluxo do gás de resfriamento circulante pode ser acelerado, e assim a caldeira pode ser produzida compacta devido a um desempenho de transferência de calor aperfeiçoado. Um apanhador de poeira secundário e um transportador associado com o mesmo também podem ser eliminados, e em combinação com tais vários efeitos vantajosos, o custo de instalação do sistema CDQ como um todo pode ser grandemente reduzido.

Breve Descrição dos Desenhos

13/23 [0035] Figura 1 A fig. 1 mostra esquematicamente uma concretização de uma instalação de resfriamento brusco a seco de coque da presente invenção.

[0036] Figura 2 A fig. 2 é uma vista aumentada em perspectiva de um ciclone e um segundo duto.

[0037] Figura 3 A fig. 3 uma vista tomada ao longo da seta IIIIII da fig. 2.

[0038] Figura 4 A fig. 4 mostra esquematicamente uma concretização de uma instalação convencional de resfriamento brusco a seco de coque.

Descrição de Concretizações [0039] A seguir descreve-se uma concretização de uma instalação de resfriamento brusco a seco de coque da presente invenção, com referência à desenhos. No exemplo ilustrado, a parte ascendente de um segundo duto é provida com quatro trajetórias de introdução de ar dispostos em intervalos de 90 graus. Nem é necessário dizer que a parte ascendente pode ser provida com trajetórias de introdução de ar em um número diferente daquele do exemplo ilustrado, ou uma trajetória de introdução de ar pode ser provida em uma parte horizontal. Concretização de instalação de resfriamento brusco a seco de coque [0040] A fig. 1 mostra esquematicamente uma concretização do resfriamento brusco a seco de coque da presente invenção. A fig. 2 é uma vista aumentada em perspectiva de um ciclone e um segundo duto, e a fig. 3 é uma vista tomada ao longo da seta da A fig. 2.

[0041] A instalação de resfriamento brusco a seco de coque (CDQ) 100 ilustrada grosseiramente inclui dois trocadores de calor de uma câmara 10 e uma caldeira 30 bem como um ciclone 20 como um apanhador de poeira, que estão em comunicação de fluido entre si via um primeiro duto 70, um segundo duto 80 e um terceiro duto 90 formando um sistema de gás de resfriamento circulante incluindo gás

14/23 inerte (por exemplo, gás contendo nitrogênio como um principal ingrediente bem como CO₂, H₂O, quantidade pequena de CO e H₂).

[0042] Especificamente, a câmara 10 e o ciclone 20 estão conectados via o primeiro duto 70, o ciclone 20 e a caldeira 30 estão conectados via o segundo duto 80, e a caldeira 30 e a câmara 10 estão conectados via uma caldeira de gás 50 provida entre eles e via o terceiro duto 90.

[0043] O gás de resfriamento circulante incluindo gás inerte resfria coque quente em brasa a alta temperatura Co enquanto circulando pelo sistema de fluxo ilustrado, e o gás de resfriamento circulante aumentando sua temperatura pelo calor oriundo do coque quente em brasa Co evapora água que flui através da caldeira 30, assim gerando vapor d'água.

[0044] Coque quente em brasa Co descarregado a partir de um forno de coque não ilustrado e armazenado em um balde não ilustrado é levado para a câmara 10 a partir de um topo seu (direção X1). A câmara 10 inclui uma pré-câmara superior 11 para armazenar o coque quente em brasa Co em uma alta temperatura, a partir da qual o coque quente em brasa Co é deixado cair para dentro de uma câmara de resfriamento 12 localizada embaixo a intervalos de tempo constantes. Tal operação permite que o coque quente em brasa Co seja resfriado a partir da temperatura original a cerca de 1.000°C para 200°C ou mais baixa (coque quente em brasa resfriado Co' é gerado), que é então ejetado através de um equipamento de descarga de coque 14 provido em um fundo da câmara 10 e é então levado para um alto forno não ilustrado por um transportador 15.

[0045] Tal gás de resfriamento circulante contém gás não queimado tal como CO, e a fim de queimar totalmente tal gás não queimado antes que o gás de resfriamento circulante atinja a entrada da caldeira

30, a instalação de resfriamento brusco a seco de coque ilustrada 100

15/23 inclui uma trajetória de introdução de ar 40 para combustão de gás não queimado apenas em uma posição ao longo do segundo duto 80 localizado a jusante do ciclone 20 (não em uma posição ao longo da câmara 10 ou do primeiro duto 70), através da qual ar para a combustão é provido ao gás de resfriamento circulante.

[0046] O gás de resfriamento circulante é soprado para dentro da câmara de resfriamento 12 em uma parte inferior da câmara a partir do soprador de gás 50 como uma parte da instalação de circulação (direção Y1), e ascende para cima (direção Y2) para entrar em contato com coque quente a alta temperatura em brasa Co que cai para baixo (direção X2). Então, o gás de resfriamento circulante passa através do duto em anel 13 que envolve a pré-câmara 11, entra no ciclone 20 como um apanhador de poeira a partir do primeiro duto 70 (direção Y2), transforma-se em fluxo de turbilhonamento Y3' no ciclone 20 e flui em direção à caldeira (direção Y3).

[0047] A temperatura do gás de resfriamento circulante que ascende da câmara de resfriamento 12 para o duto em anel 13 (direção Y1) sobe a cerca de 800°C, e diferentemente da CDQ convencional, ar para a combustão não é provido ao gás de resfriamento circulante na câmara 10, e assim a temperatura do gás de resfriamento circulante não sobre mais. O gás de resfriamento circulante a cerca de 800°C (temperatura de 900°C ou mais baixa) então flui a partir do duto em anel 13 para o primeiro duto 70.

[0048] O gás de resfriamento circulante que flui através do primeiro duto 70 entra no ciclone 20 enquanto mantendo a temperatura em cerca de 800°C, onde fluxo de turbilhonamento Y3' é gerado.

[0049] Como mostrado na fig. 2, o ciclone 20 tem uma forma cilíndrica tendo um diâmetro gradualmente decrescente para baixo, dentro do qual uma trajetória de equipamento de carregamento de coque em forma de linha encurvada 21 do gás de resfriamento circulante está

16/23 conectada em uma maneira de comunicação de fluido. A parte ascendente 81 como uma parte do segundo duto 80 sobe a partir de um topo do ciclone 20, a partir do qual uma parte horizontal 82 como uma parte do segundo duto 80 é dobrada e leva ao lado de caldeira 30.

[0050] Quatro trajetórias de introdução de ar 40 são providas em uma parte ao longo da parte ascendente 81 a intervalos de 90 graus como mostrado na fig. 3, onde a direção de introdução de ar (direção Q2) de cada uma das trajetórias de introdução de ar 40 é definida na direção que não inibe o fluxo de turbilhonamento Y3' do gás de resfriamento circulante gerado durante a passagem através da trajetória de equipamento de carregamento de coque 21 (direção Y2).

[0051] Referindo-se de novo à fig. 1, o ciclone 20 apanha pó de coque tendo alta abrasividade incluído no gás de resfriamento circulante eficazmente.

[0052] Então, na parte ascendente 81 do segundo duto 80 acima do ciclone 20, ar é provido para composição de gás não queimado no gás de resfriamento circulante. Como o gás de resfriamento circulante turbilhona ali, gás não queimado pode ser misturado com ar provido suficientemente, assim promovendo combustão do gás não queimado. [0053] Depois do gás não queimado ser completamente queimado, quando o gás de resfriamento circulante flui em direção à caldeira através de uma parte horizontal 82 na forma do fluxo de turbilhonamento Y3, a sua temperatura sobe a cerca de 1.000°C a partir de 800°C (900°C ou mais baixa) que é a temperatura ant es de fluir para dentro do ciclone 20 e então flui para dentro da caldeira 30.

[0054] A caldeira 30 internamente inclui uma trajetória geração/recuperação de vapor d'água 35 para alimentar água e ejetar vapor d'água. Água é alimentada via a trajetória geração/recuperação de vapor d'água 35 (direção Z1), e a água transforma-se em vapor d'água enquanto flui através da caldeira 30 (direção Z2) pelo calor do gás de

17/23 resfriamento circulante que flui através da caldeira 30 (direção Y4). O vapor d'água é então ejetado via a trajetória geração/recuperação de vapor d'água 35 para recuperação de calor (direção Z3).

[0055] A temperatura do gás de resfriamento circulante cujo calor foi tomado pelo vapor d'água gerado cai para 200°C ou mais baixa, e flui em direção ao lado de câmara 10 via o terceiro duto 90 (direção Y5). A temperatura do gás de resfriamento circulante cai mais via o soprador de gás 50 e via um preaquecedor de água de suprimento 60, de modo que o gás de resfriamento circulante a cerca de 130°C é soprado para dentro da câmara de resfriamento 12 (direção Y1). Desse modo, o gás de resfriamento circulante circula na CDQ.

[0056] Desse modo, a configuração da instalação de CDQ é aperfeiçoada de modo a incluir o ciclone 20 tendo excelente desempenho de captura de poeira bem como as trajetórias de introdução de ar 40 providas diferentemente da configuração convencional para a combustão de gás não queimado no gás de resfriamento circulante. Com essa configuração, o gás de resfriamento circulante em uma faixa de temperatura relativamente baixa de 900°C ou mais baixa f lui para dentro do ciclone 20 para a captura de poeira, e assim o ciclone 20 pode ser produzido de aço resistente a calor típico, tal como aço inoxidável e não de um material resistente a calor caro tal como Inconel. Especialmente, ar é provido para gás não queimado no segundo duto 80 a jusante do ciclone 20 gerando o fluxo de turbilhonamento Y3', pelo que combustão do gás não queimado pode ser promovida usando-se o fluxo de turbilhonamento Y3' do gás de resfriamento circulante incluindo o gás não queimado. Portanto, a configuração tendo uma distância mais curta entre o ciclone 20 e a caldeira 30, isto é, um comprimento mais curto do segundo duto 80 também pode completar com segurança a combustão de gás não queimado antes que o gás de resfriamento circulante atinja a caldeira 30. Além disso, como ar não é provido ao

18/23 gás de resfriamento circulante no ciclone 20, clínquer gerado a partir de combustão de gás não queimado no ciclone 20 e aderido à parede do ciclone pode ser suspenso. Isso pode evitar o problema de degradação na propriedade de apanhar poeira do ciclone 20 devido ao clínquer aderido à parede. Como a temperatura do gás de resfriamento circulante provido no ciclone 20 cai para 900°C ou mais baixa, expansão térmica é correspondentemente suprimida. Como resultado disso, o volume do gás de resfriamento circulante provido também é reduzido, e o ciclone 20 pode ser produzido compacto. Além do mais, o ciclone 20 pode reduzir grandemente a concentração de poeira no gás de resfriamento circulante em comparação com o apanhador de poeira primário convencional. Isso pode reduzir grandemente as influências de abrasão pelo gás de resfriamento circulante na caldeira 30, e assim o custo para formar uma película resistente à abrasão tal como para o borrifamento térmico ou um protetor se torna desnecessário. O fluxo do gás de resfriamento circulante pode ser acelerado, e o desempenho de transferência de calor pode ser correspondentemente aperfeiçoado, de modo que a caldeira 30 pode ser produzida compacta quando uma quantidade constante de vapor d'água deve ser recuperada. A eficácia de captura de poeira aumentada pelo ciclone 20 pode eliminar um segundo apanhador de poeira e um transportador associado a ele, que são providos a jusante da caldeira na configuração convencional, levando a uma diminuição no custo de instalação do sistema CDQ como um todo.

Verificação sobre combustão completa de gás não queimado entre ciclone e caldeira, e resultado da mesma [0057] Os presentes inventores fizeram uma análise para verificação a cerca de combustão completa de gás não queimado ser habilitada a partir do ciclone para a caldeira na base das seguintes condições de processo e método de cálculo.

19/23

Tabela 1

Condições de Processo

	Unidades	Entrada de ciclone	Ar para a combustão
Taxa de fluxo de gás	Nm³/h	128310	13200
Temperaturas	°C	757	20
Ingredientes de gás (%)	CO	10	_
H2	5
O2	0	21
CO2	12,3	_
H2O	9,8	_
N2	62,9	79

Método de cálculo e modelo de análise (1) A análise é feita em um estado estático.

(2) Pressão negativa uniforme é aplicada a uma seção transversal em uma parte inferior da caldeira.

(3) Gás é ejetado uniformemente a partir da entrada do ciclone (fluxo não uniforme não é considerado).

(4) Ar para a combustão é provido na saída do ciclone (4 posições) apenas.

(5) Saída inclui distribuição de velocidade de fluxo, distribuição de temperatura, distribuição de pressão e distribuição de densidade de gás (O2, H2, CO).

(6) O ciclone como um modelo de análise tem a mesma forma que aquela das Figs. 2 e 3, e tem uma escala correspondente à aparelhagem real.

Resultado da análise [0058] O resultado da análise mostrou que, depois de soprar ar, a reação de combustão foi completada em cerca de 0,1 segundo (leva cerca de 1 segundo para o fluxo de turbilhonamento atingir a caldeira).

Isso porque um estado de combustão favorito pode ser conseguido

20/23 pelo fluxo de turbilhonamento.

Considerações sobre relações com concentração de poeira em gás de resfriamento circulante e área de transferência de calor de caldeira [0059] Os presentes inventores consideraram o efeito de reduzir poeira que é obtido do ciclone. Especificamente, o ciclone introduzido aumenta o efeito de reduzir poeira, capacitando, assim, o projeto da caldeira sem considerar as influências de abrasão por poeira.

[0060] Além disso, o fluxo do gás de resfriamento circulante introduzido para dentro da caldeira pode ser acelerado. Essa aceleração melhora grandemente um valor K (coeficiente global de transferência de calor), e a área de transferência de calor pode ser reduzida pela razão abaixo descrita, resultando em projeto compacto da caldeira como um todo.

Avaliações de quantidade de abrasão [0061] A quantidade de abrasão nas paredes da caldeira depende da energia cinética de poeira e da quantidade de poeira para o mesmo tipo de poeira. A energia cinética está em proporção com o produto da massa pelo quadrado da velocidade de poeira. Em comparação com a quantidade de poeira de 10 g por metro cúbico normal do apanhador de poeira primário convencional e não um ciclone, a quantidade de poeira pode ser de cerca de 1 g que é 1/10 da convencional por remoção de poeira com o ciclone em alta eficácia.

[0062] Adicionalmente, o tamanho de partícula da poeira também pode ser reduzido para diversas centenas até diversas dezenas de pm, que também é cerca de 1/10.

[0063] Desse modo, a quantidade de poeira (massa) é diminuída para cerca de 1/10, e a quantidade de abrasão pode ser correspondentemente grandemente reduzida.

Área de transferência de calor [0064] A quantidade de recuperação de calor Q pode ser repre21/23 sentada por K*A*Atm, onde K denota o coeficiente global de transferência de calor, A denota a área de transferência de calor e Atm denota diferença de temperatura média logarítmica.

[0065] Quando se ajusta quantidade de recuperação de calor constante Q, o valor de K pode ser aumentado pela aceleração do fluxo do gás de resfriamento circulante na caldeira, e assim a área de transferência de calor A na caldeira pode ser tornada menor, tornando a caldeira mais compacta.

Considerações sobre o problema quando temperatura de gás de resfriamento circulante é abaixada aumentando-se a taxa de fluxo de gás [0066] Os presentes inventores examinaram, usando-se a CDQ convencional onde ar é provido em um estágio anterior do apanhador de poeira primário e a temperatura do gás de resfriamento circulante é cerca de 1.000°C, qual a quantidade do gás de resfriamento circulante que tem de ser aumentada para se alcançar uma condição de temperatura de 900°C ou mais baixa como na CDQ da presente invenção. [0067] Como resultado do exame, a estimativa mostra que a taxa de fluxo do gás de resfriamento circulante tem de ser aumentada por 32% para diminuir a temperatura do gás de resfriamento circulante de 1.000°C a 800°C na CDQ convencionalmente configurad a. Se tal quantidade aumentada de gás deve ser processada pelo ciclone, o ciclone tem de ter uma parte cilíndrica tendo o diâmetro aumentado por 17% e a altura global também aumentada por 17%, levando a um ciclone grandemente maior de tamanho.

[0068] Além disso, uma vez que a taxa de fluxo do gás de resfriamento circulante na trajetória de circulação também aumenta, as influências não são limitadas a um tamanho maior do ciclone, e dispositivos tais como os dutos e o soprador também tem também de ter um tamanho maior, o pó do soprador tem de ser aumentado, e a caldeira tem de ter um tamanho maior, por exemplo.

22/23 [0069] Desse modo, quando se pretende diminuir a temperatura do gás de resfriamento circulante a cerca de 1.000°C em um estágio anterior do ciclone aumentando-se a taxa de fluxo de gás, a instalação torna-se maior em tamanho, levando-se ao problema de um custo aumentado para a instalação.

[0070] A partir do exposto acima, a configuração da CDQ de incluir uma trajetória de introdução de ar apenas em uma parte ao longo do segundo duto para se introduzir ar para o gás de resfriamento circulante para gás não queimado combustão leva à obtenção do efeito a partir do ciclone (desempenho aperfeiçoado de captura de poeira) bem como a um grande efeito vantajoso de reduzir o custo de instalação para a CDQ.

[0071] Embora a descrição acima seja uma descrição detalhada das concretizações da presente invenção com referência a desenhos, a configuração específica não é limitada às concretizações acima descritas, e deve ficar entendido que os requerentes pretendem cobrir, pela presente invenção, modificações de projeto que não se afastem dos significados da presente invenção.

Lista de Sinais de Referência

Câmara

Pré-câmara

Câmara de resfriamento

Duto de Anel

Equipamento de descarga de coque

Transportador

Ciclone (apanhador de poeira)

Trajetória de equipamento de carga de coque

21a Abertura de equipamento de carga de coque

Caldeira

Trajetória de geração/recuperação de vapor d'água

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100

Co

Co'

Trajetória de introdução de ar

Soprador de gás preaquecedor de água de suprimento

Primeiro duto

Segundo duto

Parte ascendente

Parte horizontal

Terceiro duto

Instalação de resfriamento brusco a seco de coque (CDQ)

Coque quente em brasa

Coque quente em brasa resfriado

Claims

REIVINDICAÇÃO

1. Instalação de resfriamento brusco a seco de coque, caracterizada pelo fato de compreender:

uma câmara, para dentro da qual coque quente em brasa é fornecido e gás de resfriamento circulante é soprado;

um apanhador de poeira, para dentro do qual gás de resfriamento circulante tendo temperatura se elevando devido a coque quente em brasa na câmara é introduzido via um primeiro duto, o apanhador de pó coletando pó de coque no gás de resfriamento circulante; e uma caldeira, para dentro da qual gás de resfriamento circulante que flui para fora a partir do apanhador de pó é introduzido via um segundo duto, a caldeira recuperando calor de gás de resfriamento circulante, em que gás de resfriamento circulante que flui para fora a partir da caldeira é retornado novamente para a câmara via um terceiro duto que liga a caldeira e a câmara, assim resfriando ali coque quente em brasa, o apanhador de pó inclui um ciclone, gás de resfriamento circulante tendo temperatura controlada para ser de 900°C ou mais baixa é provido no cic lone, o segundo duto inclui uma parte ascendente que sobe para cima a partir de um topo do ciclone e uma parte horizontal que é dobrada a partir da parte ascendente e se estende em uma direção horizontal ou em uma direção substancialmente horizontal, e uma trajetória de introdução de ar, para introduzir ar no gás de resfriamento circulante para a combustão de gás não queimado no gás de resfriamento circulante, está localizada apenas na parte ascendente.