BR112016030880B1 - câmara de forno de coque de recuperação de calor horizontal - Google Patents

Abstract

FORNOS DE COQUE PARA RECUPERAÇÃO DE CALOR HORIZONTAL TENDO COROAS DE MONÓLITO A presente tecnologia é de modo geral dirigida a fornos de coque de recuperação de calor horizontal e recuperação de calor não horizontal destinados para recuperação de calor tendo coroas de monólito. Em algumas modalidades, um forno de coque HHR inclui uma coroa de monólito que abrange a largura do forno entre paredes laterais de forno opostas. O monólito se expande mediante aquecimento e se contrai mediante resfriamento como uma estrutura avulsa. Em modalidades adicionais, a coroa compreende um material termicamente estável quanto ao volume. A coroa pode ser uma coroa de forno, um arco de tubo de subida, um arco de tubo de descida, uma peça em J, um arco de duto único avulso ou múltiplos arcos de duto único, um limpador de tubo de descida, seções de canto curvilíneas, e/ou porções combinadas de qualquer das seções acima. Em algumas modalidades, a coroa é formada pelo menos em parte com um material termicamente estável quanto ao volume. Em modalidades adicionais, a coroa é formada como um monólito (ou diversos segmentos de monólito) abrangendo o espaço entre suportes tais como paredes laterais de forno. Em várias modalidades,(...).

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica o benefício da prioridade do Pedido de Patente Provisório US 62/019.385, depositado em 30 de junho de 2014 cuja revelação é in-corporada ao presente documento em sua totalidade a título de referência.

CAMPO DA TÉCNICA

[002] A presente tecnologia é de modo geral dirigida ao uso de formatos geométricos de monólito pré-moldados em fornos de coque para recuperação de calor horizontal, fornos de coque de não recuperação de calor, e fornos de coque de colmeia, por exemplo, uso de uma coroa de monólito em um forno de coque horizon-tal.

ANTECEDENTES

[003] O coque é um combustível de carbono sólido e fonte de carbono usado para derreter e reduzir o minério de ferro na produção de aço. Em um processo, conhecido como o “Processo de Coqueificação de Thompson”, o coque é produzido alimentando-se em lote carvão pulverizado para um forno que é vedado e aquecido até temperaturas muito altas por 24 até 48 horas sob condições atmosféricas rigida-mente controladas. Fornos de coqueificação têm sido usados por muitos anos para converter carvão em coque metalúrgico. Durante o processo de coqueificação, car-vão finamente triturado é aquecido sob condições de temperatura controlada para desvolatizar o carvão e formar uma massa de coque fundida tendo uma predetermi-nada porosidade e resistência. Por ser a produção de coque um processo em lote, múltiplos fornos de coque são operados simultaneamente.

[004] O processo de derretimento e fusão experimentado pelas partículas de carvão durante o processo de aquecimento é uma parte importante da coqueifi- cação. O grau de derretimento e o grau de assimilação das partículas de carvão dentro da massa derretida determinam as características do coque produzido. A fim de produzir o coque mais forte a partir de um carvão particular ou um blend de car-vão, existe uma razão ideal de entidades reativas para inertes no carvão. A porosi-dade e resistência do coque são importantes para o processo de refino de minério e são determinadas pela fonte de carvão e/ou método de coqueificação.

[005] Partículas de carvão ou um blend de partículas de carvão são carre-gados para dentro de fornos quentes, e o carvão é aquecido nos fornos a fim de re-mover matéria volátil (“VM”) do coque resultante. O processo de coqueificação é al-tamente dependente do projeto de forno, do tipo de carvão, e da temperatura de conversão usada. Tipicamente, fornos são ajustados durante o processo de coquei- ficação de modo que cada carga de carvão seja expelida como coque aproximada-mente na mesma quantidade de tempo. Uma vez que o carvão é “expelido como coque” ou totalmente transformado em coque, o coque é removido do forno e tempe-rado com água para resfriá-lo abaixo de sua temperatura de ignição. Alternativamen-te, o coque é temperado a seco com um gás inerte. A operação de têmpera precisa também ser cuidadosamente controlada de modo que o coque não absorva demasi-ada umidade. Uma vez que o mesmo é temperado, o coque é peneirado e carregado em vagões ou caminhões para embarque.

[006] Por ser o carvão alimentado em fornos quentes, grande parte do pro-cesso de alimentação de carvão é automatizado. Em fornos do tipo com fenda ou verticais, o carvão é tipicamente carregado através de fendas ou aberturas no topo dos fornos. Tais fornos tendem a ser altos e estreitos. Fornos de coqueificação do tipo sem recuperação ou com recuperação de calor horizontal são também usados para produzir coque. Nos fornos de coqueificação do tipo sem recuperação ou com recuperação de calor, transportadores são usados para transportar as partículas de carvão horizontalmente para dentro dos fornos para fornecer um leito de carvão alongado.

[007] Uma vez que a fonte de carvão adequada para formar carvão meta-lúrgico (“carvão de coqueificação”) diminuiu, tentativas foram feitas para combinar carvões de qualidade baixa ou inferiores (“carvão de não coqueificação”) com car-vões de coqueificação para fornecer uma carga de carvão adequada para os fornos. Um modo para combinar carvões de não coqueificação e de coqueificação é usar carvão compactado ou carregado por estampagem. O carvão pode ser compactado antes ou depois que o mesmo está no forno. Em algumas modalidades, uma mistura de carvões de não coqueificação e de coqueificação é compactada para mais que 50 libras por pé cúbico a fim de usar carvão de não coqueificação no processo de fabricação de coque. À medida que a percentagem de carvão de não coqueificação na mistura de carvão é aumentada, níveis mais altos de compactação de carvão são exigidos (por exemplo, de até cerca de 65 a 75 libras por pé cúbico). Comercialmen-te, o carvão é tipicamente compactado para uma gravidade específica (sg) de cerca de 1,15 a 1,2 ou cerca de 70 a 75 libras por pé cúbico.

[008] Fornos de Recuperação de Calor Horizontal (HHR) têm uma vantagem ambiental exclusiva em relação a fornos de subproduto químico com base nas condições de pressão atmosférica operacional relativas dentro dos fornos HHR. For-nos HHR operam sob pressão negativa enquanto que fornos de subproduto químico operam a uma pressão atmosférica levemente positiva. Ambos os tipos de fornos são tipicamente construídos de tijolos refratários e outros materiais nos quais a cria-ção de um ambiente substancialmente hermético a ar pode ser um desafio porque rachaduras pequenas podem se formar nessas estruturas durante operação no dia a dia. Fornos de subproduto químico são mantidos a uma pressão positiva para evitar oxidação de produtos recuperáveis e superaquecimento dos fornos. Inversamente, fornos HHR são mantidos a uma pressão negativa, puxando ar a partir do exterior do forno para oxidar a VM do carvão e liberar o calor de combustão dentro do forno. É importante minimizar a perda de gases voláteis para o meio ambiente, assim a com-binação de condições atmosféricas positivas e pequenas aberturas ou rachaduras em fornos de subproduto químico permite que gás de forno de coque (“COG”) bruto e poluentes perigosos vazem para a atmosfera. Inversamente, as condições atmos-féricas negativas e pequenas aberturas ou rachaduras nos fornos HHR ou localiza-ções em outra parte na usina de coque simplesmente permitem que ar adicional seja puxado para dentro do forno ou outros locais na usina de coque de modo que condi-ções atmosféricas negativas resistam à perda de COG para a atmosfera.

[009] Fornos HHR têm sido tradicionalmente incapazes de diminuir sua operação (por exemplo, sua produção de coque) significativamente abaixo de sua capacidade projetada sem danificar potencialmente os fornos. Essa limitação é ligada a limitações de temperatura nos fornos. Mais especificamente, fornos HHR tradi-cionais são pelo menos parcialmente feitos de tijolo de sílica. Quando um forno de sílica é construído, espaçadores que podem ser queimados são colocados entre os tijolos na coroa de forno para permitir expansão do tijolo. Uma vez que o forno esteja aquecido, os espaçadores se incendeiam e os tijolos se expandem para as adjacên- cias. Uma vez que os fornos de tijolo de sílica HHR sejam aquecidos, nunca se per-mite que os mesmos caiam abaixo da temperatura termicamente estável quanto ao volume do tijolo de sílica, a temperatura acima da qual a sílica é de modo geral está-vel quanto ao volume (isto é, não se expande ou contrai). Se os tijolos caem abaixo dessa temperatura, os tijolos começam a se contrair. Como os espaçadores estão queimados, uma coroa tradicional pode se contrair em até diversas polegadas medi-ante resfriamento. Este é um movimento potencialmente suficiente para que os tijolos da coroa comecem a se deslocar e potencialmente desmontem. Portanto, calor suficiente precisa ser mantido nos fornos para manter os tijolos acima da temperatu-ra termicamente estável quanto ao volume. Essa é a razão pela qual foi afirmado que um forno HHR nunca pode ser desligado. Por não poderem os fornos ser signifi-cativamente diminuídos, durante períodos de baixa demanda de aço e coque, a pro-dução de coque precisa ser sustentada. Além disso, pode ser difícil desempenhar manutenção em fornos HHR aquecidos. Outras porções do sistema de forno de co-que podem sofrer de limitações térmicas e/ou estruturais similares. Por exemplo, a coroa de um duto único que corre sob o piso de forno pode desmontar ou ser afetada de outra maneira a partir de um levantamento do piso de forno, assentamento no chão, ciclo térmico ou estrutural, ou outra fadiga. Essas tensões podem fazer com que tijolos no duto único se desloquem e caiam para fora.

SUMÁRIO

[010] Esse Sumário é fornecido para introduzir uma seleção de conceitos em uma forma simplificada que são adicionalmente descritos abaixo na Descrição Detalhada. Esse Sumário, e os supracitados Antecedentes, não se destinam a iden-tificar aspectos-chave ou essenciais da matéria reivindicada. Além disso, esse Su-mário não se destina a uso como um auxílio na determinação do escopo da matéria reivindicada.

[011] Uma modalidade da presente tecnologia se relaciona a uma câmara de forno de coque incluindo um piso de forno, uma porção de extremidade dianteira e uma porção de extremidade posterior oposta à porção de extremidade dianteira. Primeira e segunda paredes laterais se estendem verticalmente para cima a partir do piso entre uma parede frontal e uma parede de trás. Uma coroa é posicionada acima do piso e abrange o espaço da primeira parede lateral até a segunda parede lateral. Um duto único, formado pelo menos parcialmente de um material termicamente es-tável quanto ao volume e tendo uma pluralidade de linhas adjacentes entre a primeira parede lateral e a segunda parede lateral, é posicionado sob o piso de forno.

[012] Em algumas modalidades, o duto único inclui pelo menos uma parede de duto único formada de uma pluralidade de segmentos de parede de duto único. Os segmentos de parede de duto único são acoplados um ao outro usando um ou mais recursos interligados, cooperantes. Em várias modalidades, uma ou mais se-ções de parede de bloqueio acopladas ao, e estendendo-se de modo geral transver-salmente a, pelo menos uma parede de duto único. Em outra modalidade, pelo me-nos uma seção de arco de modo geral em formato de J abrange um vão entre uma porção de extremidade de pelo menos uma parede de duto único e uma parede de extremidade de duto único. Outras modalidades ainda do duto único incluem pelo menos uma seção de canto de duto único tendo uma face posterior que é conforma-da para encaixar em uma área de canto de pelo menos uma da pluralidade de linhas adjacentes e uma face dianteira oposta, curvilínea ou côncava. Em tais modalidades, a seção de canto de duto único pode ser posicionada para direcionar o fluxo de fluido para além da área de canto.

[013] Em várias modalidades da presente tecnologia, a câmara de forno de coque inclui canais de tubo de descida que se estendem através de pelo menos uma dentre a primeira parede lateral e a segunda parede lateral. Em tais modalidades, os canais de tubo de descida são colocados em comunicação fluida aberta com a câ-mara de forno e o duto único. Aspectos da presente tecnologia dotam os canais de tubo de descida de cortes transversais de vários formatos geométricos. Em algumas modalidades, os canais de tubo de descida são formados a partir de uma pluralidade de blocos de canal tendo canais que penetram nos blocos de canal. Em algumas modalidades, uma ou mais coberturas de tubo de descida são acopladas a uma abertura para pelo menos um canal de tubo de descida. Em algumas dessas moda-lidades, a cobertura de tubo de descida inclui um tampão que é conformado para ser recebido dentro de uma abertura de acesso que penetra na cobertura da cobertura de descida.

[014] Esses e outros aspectos do presente sistema e método serão eviden-tes depois de consideração da Descrição Detalhada e das Figuras no presente do- cumento. Deve ser entendido, entretanto, que o escopo da invenção será determi-nado pelas reivindicações conforme publicadas e não por se a matéria dada se en-dereça ou não a qualquer um dos ou a todas as questões indicadas nos Antecedentes ou inclui quaisquer recursos ou aspectos enunciados nes-se Sumário.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[015] A Figura 1A é uma vista recortada, parcial isométrica de uma porção de uma usina de coque de recuperação de calor horizontal configurada de acordo com modalidades da presente tecnologia.

[016] A Figura 1B é uma vista de topo de uma porção de duto único de um forno de coque de recuperação de calor horizontal configurado de acordo com mo-dalidades da tecnologia.

[017] A Figura 1C é uma vista frontal de uma coroa de monólito para uso com o duto único mostrado na Figura 1B e configurada de acordo com modalidades da tecnologia.

[018] A Figura 2A é uma vista isométrica de um forno de coque tendo uma coroa de monólito configurada de acordo com modalidades da tecnologia.

[019] A Figura 2B é uma vista frontal da coroa de monólito da Figura 2A movendo-se entre uma configuração contraída e uma configuração expandida de acordo com modalidades da tecnologia.

[020] A Figura 2C é uma vista frontal de paredes laterais de forno para sus-tentar uma coroa de monólito configurada de acordo com modalidades adicionais da tecnologia.

[021] A Figura 2D é uma vista frontal de paredes laterais de forno para sus-tentar uma coroa de monólito configurada de acordo com modalidades adicionais da tecnologia.

[022] A Figura 3 é uma vista isométrica de um forno de coque tendo uma coroa de monólito configurada de acordo com modalidades adicionais da tecnologia.

[023] A Figura 4A é uma vista isométrica de um forno de coque tendo uma coroa de monólito configurada de acordo ainda com modalidades adicionais da tec-nologia.

[024] A Figura 4B é uma vista frontal da coroa de monólito da Figura 4A configurada de acordo com modalidades adicionais da tecnologia.

[025] A Figura 5A é uma vista recortada, parcial isométrica de uma porção de duto único de um forno de coque de recuperação de calor horizontal configurado de acordo com modalidades da tecnologia.

[026] A Figura 5B é uma vista isométrica de uma seção de uma parede de duto único para uso com o duto único mostrado na Figura 5A e configurada de acor-do com modalidades da tecnologia.

[027] A Figura 5C é uma vista isométrica de uma seção de parede de blo-queio para uso com o duto único mostrado na Figura 5A e configurada de acordo com modalidades da tecnologia.

[028] A Figura 5D é uma vista isométrica de outra seção de parede de duto único para uso com o duto único mostrado na Figura 5A e configurada de acordo com modalidades da tecnologia.

[029] A Figura 5E é uma vista isométrica de uma seção de parede externa de duto único com canais de fluido para uso com o duto único mostrado na Figura 5A e configurada de acordo com modalidades da tecnologia.

[030] A Figura 5F é uma vista isométrica de outra seção de parede externa de duto único com canais de fluido abertos para uso com o duto único mostrado na Figura 5A e configurada de acordo com modalidades da tecnologia.

[031] A Figura 5G é uma vista isométrica de uma seção de canto de duto único para uso com o duto único mostrado na Figura 5A e configurada de acordo com modalidades da tecnologia.

[032] A Figura 5H é uma vista isométrica de um suporte de arco para uso com o duto único mostrado na Figura 5A e configurado de acordo com modalidades da tecnologia.

[033] A Figura 6 é uma vista isométrica parcial de um piso de coroa de mo- nólito e da porção de duto único de um forno de coque de recuperação de calor hori-zontal configurada de acordo com modalidades da tecnologia.

[034] A Figura 7 é um diagrama de blocos ilustrando um método de diminuir a temperatura de um forno de coque de recuperação de calor horizontal.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[035] A presente tecnologia é de modo geral dirigida a fornos de coque para recuperação de calor horizontal tendo coroas de monólito. Em algumas modalidades, um forno de coque HHR inclui uma coroa de monólito que abrange a largura do forno entre paredes laterais de forno opostas. O monólito se expande mediante aquecimento e se contrai mediante resfriamento como uma estrutura avulsa. Em modalidades adicionais, a coroa compreende um material termicamente estável quanto ao volume. Em várias modalidades, o monólito e recursos termicamente estáveis quanto ao volume podem ser usados em combinação ou sozinhos. Esses projetos podem permitir que a temperatura do forno seja diminuída abaixo de temperaturas tradicionalmente viáveis mantendo assim mesmo a integridade estrutural da coroa.

[036] Detalhes específicos de diversas modalidades da tecnologia são des-critos abaixo com referência às Figuras 1A a 7. Outros detalhes descrevendo estru-turas e sistemas bem conhecidos frequentemente associados a fornos de coque não foram apresentados na revelação a seguir para evitar obscurecer desnecessaria-mente a descrição das várias modalidades da tecnologia. Muitos dos detalhes, di-mensões, ângulos, e outros recursos mostrados nas Figuras são meramente ilustra-tivos de modalidades particulares da tecnologia. Consequentemente, outras modali-dades podem ter outros detalhes, dimensões, ângulos, e recursos sem se afastar do espírito ou escopo da presente tecnologia. Uma pessoa de habilidade comum na técnica, portanto, consequentemente irá entender que a tecnologia pode ter outras modalidades com elementos adicionais, ou a tecnologia pode ter outras modalidades sem diversos dos recursos mostrados e descritos abaixo com referência às Figuras 1A a 7.

[037] A Figura 1A é uma vista recortada, parcial isométrica de uma porção de uma usina de coque de recuperação de calor horizontal (“HHR”) 100 configurada de acordo com modalidades da tecnologia. A usina 100 inclui uma pluralidade de fornos de coque 105. Cada forno 105 pode incluir uma cavidade aberta definida por um piso 160, uma porta frontal 165 formando substancialmente todo um lado do forno, uma porta traseira (não mostrada) oposta à porta frontal 165 formando substancialmente todo o lado do forno oposto à porta frontal, duas paredes laterais 175 que se estendem para cima a partir do piso de forno 160 entre a porta frontal 165 e a porta traseira, e uma coroa 180 que forma a superfície de topo da cavidade aberta de uma câmara de forno 185. Uma primeira extremidade da coroa 180 pode repou-sar em uma primeira parede lateral 175 embora uma segunda extremidade da coroa 180 possa repousar em uma parede lateral 175 oposta conforme mostrado. Fornos adjacentes 105 podem partilhar uma parede lateral comum 175.

[038] Na operação, gases voláteis emitidos a partir do carvão posicionado dentro da câmara de forno 185 se juntam na coroa 180 e são puxados a jusante no sistema como um todo para dentro de canais de tubo de descida 112 formados em uma ou em ambas as paredes laterais 175. Os canais de tubo de descida 112 co-nectam fluidamente a câmara de forno 185 a um duto único 116 posicionado sob o piso de forno 160. O duto único 116 inclui uma pluralidade de linhas lado a lado 117 que formam uma trajetória sinuosa sob o piso de forno 160. Embora as linhas 117 na Figura 1A sejam mostradas como sendo substancialmente paralelas a um eixo geo-métrico longitudinal do forno 105 (isto é, paralelas às paredes laterais 175), em mo-dalidades adicionais, o duto único 116 pode ser configurado de modo que pelo menos alguns segmentos das linhas 117 sejam de modo geral perpendiculares ao eixo geométrico longitudinal do forno 105 (isto é, perpendiculares às paredes laterais 175). Essa disposição é ilustrada na Figura 1B e é discutida em maior detalhe abaixo. Gases voláteis emitidos a partir do carvão podem ser carburados no duto único 116, desse modo gerando calor para sustentar a redução de carvão em coque. Os canais de tubo de descida 112 são conectados fluidamente a chaminés ou canais de absorção 114 formados em uma ou em ambas as paredes laterais 175.

[039] De tempos em tempos, os canais de tubo de descida 112 podem exigir inspeção ou serviço para assegurar que a câmara de forno 185 permaneça em comunicação fluida aberta com o duto único 116 posicionado sob o piso de forno 160. Consequentemente, em várias modalidades, coberturas de tubo de descida 118 são posicionadas sobre aberturas nas porções de extremidade superior dos canais de tubo de descida individuais 112. Em algumas modalidades, as coberturas de tubo de descida 118 podem ser fornecidas como uma estrutura de placa, avulsa. Em outras modalidades, tais como ilustradas na Figura 1A, as coberturas de tubo de descida 118 podem ser formadas a partir de uma pluralidade de membros de cobertura separados que são posicionados proximamente adjacentes, ou presos, um no outro. Determinadas modalidades das coberturas de tubo de descida 118 incluem uma ou mais aberturas de inspeção 120 que penetram em porções centrais da cobertura de tubo de descida 118. Embora ilustradas como sendo redondas, se considera que as aberturas de inspeção 120 podem ser formadas para ser de quase qualquer formato curvilíneo, ou poligonal, desejado para a aplicação em particular. Tampões 122 são fornecidos para ter formatos que se aproximam daqueles das aberturas de inspeção 120. Consequentemente, os tampões 122 podem ser removidos para inspeção visual ou reparo dos canais de tubo de descida 112 e devolvidos a fim de limitar o escape não intencional de gases voláteis. Em modalidades adicionais um forro pode se estender por todo o comprimento do canal para fazer uma interface com a abertura de inspeção. Em modalidades alternativas, o forro pode se estender apenas por uma porção do comprimento do canal.

[040] O coque é produzido nos fornos 105 primeiramente carregando-se carvão dentro da câmara de forno 185, aquecendo-se o carvão em um ambiente es-gotado de oxigênio, expulsando-se a fração volátil de carvão, e então oxidando-se a VM dentro do forno 105 para capturar e utilizar o calor gerado. Os voláteis de carvão são oxidados dentro dos fornos 105 por um ciclo de coqueificação estendido e libe-ram calor para acionar regenerativamente a carbonização do carvão para coque. O ciclo de coqueificação começa quando a porta frontal 165 é aberta e o carvão é car-regado para o piso de forno 160. O carvão no piso de forno 160 é conhecido como o leito de carvão. Calor do forno (devido ao ciclo de coqueificação anterior) inicia o ciclo de carbonização. Aproximadamente metade da transferência de calor total para o leito de carvão é radiada para baixo até a superfície de topo do leito de carvão a partir da chama luminosa do leito de carvão e da coroa de forno radiante 180. A me-tade restante do calor é transferida para o leito de carvão por condução a partir do piso de forno 160, o qual é aquecido convectivamente a partir da volatilização de gases no duto único 116. Desse modo, uma “onda” de fluxo plástico das partículas de carvão do processo de carbonização e a formação de coque de alta resistência coesiva prossegue a partir tanto dos limites de topo quanto de fundo do leito de car-vão.

[041] Tipicamente, cada forno 105 é operado a uma pressão negativa de modo que ar seja puxado para dentro do forno durante o processo de redução devi-do ao diferencial de pressão entre o forno 105 e a atmosfera. O ar primário para combustão é adicionado à câmara de forno 185 para oxidar parcialmente os voláteis de carvão, mas a quantidade desse ar primário é controlada de modo que apenas uma porção dos voláteis liberados a partir do carvão sejam queimados na câmara de forno 185, desse modo liberando apenas uma fração de sua entalpia de combustão dentro da câmara de forno 185. O ar primário é introduzido dentro da câmara de for-no 185 acima do leito de carvão. Os gases parcialmente carburados passam a partir da câmara de forno 185 através dos canais de tubo de descida 112 para dentro do duto único 116 onde ar secundário é adicionado aos gases parcialmente carburados. À medida que o ar secundário é introduzido, os gases parcialmente carburados são mais totalmente carburados no duto único 116, desse modo extraindo a entalpia de combustão restante, a qual é transportada através do piso de forno 160 para adicio-nar calor à câmara de forno 185. Os gases de escapamento totalmente ou quase totalmente carburados saem do duto único 116 através dos canais de absorção 114. No fim do ciclo de coqueificação, o carvão foi expelido como coque e carbonizou para produzir coque. O coque pode ser removido do forno 105 através da porta traseira utilizando-se um sistema de extração mecânica. Finalmente, o coque é temperado (por exemplo, temperado a úmido ou a seco) e dimensionado antes da entrega para um usuário.

[042] Conforme será discutido em maior detalhe abaixo com referência às Figuras 2A a 4B, em diversas modalidades, a coroa 180 compreende a estrutura de monólito configurada para abranger toda a ou uma porção da distância entre as pa-redes laterais 175. Por exemplo, a coroa 180 pode compreender um segmento avul-so que abrange o espaço entre as paredes laterais 175 ou pode compreender dois, três, quatro ou mais segmentos que se encontram entre as paredes laterais 175 e em combinação abrangem o espaço entre as paredes laterais 175. A estrutura de monólito capacita a coroa 180 a se expandir mediante aquecimento do forno e retrair mediante resfriamento sem permitir que tijolos individuais se contraiam e caiam den-tro da câmara de forno 185, fazendo com que a coroa 180 desmonte. A coroa de monólito 180 pode consequentemente permitir que o forno 105 seja desligado ou diminuído abaixo de temperaturas tradicionalmente viáveis para um dado material de coroa. Conforme discutido acima, alguns materiais, como sílica, se tornam de modo geral termicamente estáveis quanto ao volume acima de determinadas temperaturas (isto é, por volta de 1.200°F para sílica). Usando uma coroa 180, um tijolo de forno de sílica pode ser diminuído abaixo de 1.200°F. Outros materiais, tais como alumina, não têm limite superior termicamente estável quanto ao volume (isto é, permanecem instáveis quanto ao volume), e a coroa 180 permite o uso desses materiais sem desmonte a partir da contração de resfriamento. Em outras modalidades, outros ma-teriais ou combinações de materiais podem ser usados para a coroa, com diferentes materiais tendo diferentes temperaturas termicamente estáveis quanto ao volume associadas. Além disso, a coroa de monólito 180 pode ser rapidamente instalada, uma vez que todo o arco pode ser erguido e colocado como uma estrutura avulsa. Além disso, usando-se segmentos de monólito em vez de numerosos tijolos indivi-duais, a coroa 180 pode ser construída em formatos diferentes a partir do tradicional arco—tais como um formato liso ou em borda reta. Alguns desses projetos são mos-trados nas Figuras 3 e 4A. Em várias modalidades, a coroa de monólito 180 pode ser pré-formada ou formada no sítio. A coroa 180 pode ter várias larguras (isto é, a partir da de parede lateral a parede lateral) em diferentes modalidades. Em algumas modalidades, a largura da coroa 180 é de cerca de 3 pés ou maior, embora em mo-dalidades particulares, a largura seja de 12 a 15 pés.

[043] Em algumas modalidades, a coroa 180 é pelo menos parcialmente feita de um material termicamente estável quanto ao volume de modo que quando do aquecimento ou resfriamento da câmara de forno 185, a coroa 180 não se ajusta na posição. Assim como num projeto de monólito, uma coroa 180 feita de um material termicamente estável quanto ao volume permite que o forno 105 seja desligado ou diminuído sem tijolos individuais na coroa 180 se contraindo e desmontando para dentro da câmara de forno 185. Embora o termo “material termicamente estável quanto ao volume” seja usado no presente documento, esse termo pode se referir a materiais que têm expansão zero, contração zero, expansão quase zero, e/ou con-tração quase zero, ou uma combinação dessas características, mediante aqueci-mento e/ou resfriamento. Em algumas modalidades, os materiais termicamente es-táveis quanto ao volume podem ser pré-moldados ou pré-fabricados em formatos projetados, inclusive como tijolos individuais ou segmentos de monólito. Além disso, em algumas modalidades, os materiais termicamente estáveis quanto ao volume podem ser repetidamente aquecidos e resfriados sem afetar as características de expansibilidade do material, embora em outras modalidades o material possa ser aquecido e/ou resfriado apenas uma vez antes de passar por uma mudança de fase ou de material que afete as características de expansibilidade subsequentes. Em uma modalidade particular, o material termicamente estável quanto ao volume é um material de sílica fundida, zircônia, material refratário, ou um material de cerâmica. Em modalidades adicionais, outras porções do forno 105 podem ser adicionalmente ou alternativamente formadas de materiais termicamente estáveis quanto ao volume. Por exemplo, em algumas modalidades, a verga para a porta 165 compreende um material como esse. Quando se usa materiais termicamente estáveis quanto ao vo-lume, tijolos de tamanho tradicional ou uma estrutura de monólito podem ser usados como a coroa 180.

[044] Em algumas modalidades, os projetos de monólito ou termicamente estáveis quanto ao volume podem ser usados em outros pontos na usina 100, tais como sobre o duto único 116, como parte do piso de forno 160 ou paredes laterais 175, ou outras porções do forno 105. Em qualquer dessas localizações, as modali-dades de monólito ou as termicamente estáveis quanto ao volume podem ser usadas como uma estrutura individual ou como uma combinação de seções. Por exemplo, uma coroa 180 ou piso de forno 160 pode compreender múltiplos segmentos de monólito e/ou múltiplos segmentos feitos de material termicamente estável quanto ao volume. Em outra modalidade, conforme mostrado na Figura 1A, um monólito sobre o duto único 116 compreende uma pluralidade de arcos lado a lado, cada arco co-brindo uma linha 117 do duto único 116. Uma vez que os arcos compreendem uma estrutura avulsa, os mesmos podem se expandir e contrair como uma unidade avul-sa. Em modalidades adicionais (conforme será discutido em maior detalhe abaixo), a coroa do duto único pode compreender outros formatos, tais como um topo liso. Ain-da em modalidades adicionais, a coroa de duto único compreende segmentos indivi-duais (por exemplo, arcos individuais ou porções lisas) sendo que cada um abrange apenas uma linha 117 do duto único 116.

[045] A Figura 1B é uma vista de topo de um duto único 126 de um forno de coque de recuperação de calor horizontal configurado de acordo com modalidades da tecnologia. O duto único 126 tem diversos recursos de modo geral similares ao duto único 116 descrito acima com referência à Figura 1A. Por exemplo, o duto único inclui um padrão de linhas em serpentina ou labirinto 127 configurado para comuni-cação com um forno de coque (por exemplo, o forno de coque 105 da Figura 1A) por meio dos canais de tubo de descida 112 e canais de absorção 114. Gases voláteis emitidos a partir do carvão posicionado dentro de uma câmara de forno de coque são puxados a jusante para dentro dos canais de tubo de descida 112 e para dentro do duto único 126. Gases voláteis emitidos a partir do carvão podem ser carburados no duto único 126, desse modo gerando calor para sustentar a redução de carvão em coque. Os canais de tubo de descida 112 são conectados fluidamente a chaminés ou canais de absorção 114, que puxam totalmente ou quase totalmente os gases de escapamento carburados a partir do duto único 126.

[046] Na Figura 1B, pelo menos alguns segmentos das linhas 127 são de modo geral perpendiculares ao eixo geométrico longitudinal do forno 105 (isto é, perpendiculares às paredes laterais 175 mostradas na Figura 1A). Assim como com o duto único 116, mostrado na Figura 1A, o duto único 126 da Figura 1B pode incluir uma porção de coroa que abrange linhas individuais 127 ou uma pluralidade de linhas 127. A coroa de duto único pode compreender um segmento liso, um arco avulso, uma pluralidade de arcos adjacentes, uma combinação desses formatos, ou outros formatos. Além disso, a coroa de duto único pode abranger e/ou seguir as voltas ou curvas do trajeto de linhas em serpentina do duto único 127.

[047] A Figura 1C é uma vista frontal de uma coroa de monólito 181 para uso com o duto único 126 mostrado na Figura 1B e configurada de acordo com mo-dalidades da tecnologia. Na modalidade ilustrada, a coroa 181 compreende uma plu-ralidade de porções arqueadas adjacentes 181a, 181b tendo um topo liso 183. Cada porção 181a, 181b pode ser usada como uma coroa para uma linha individual no duto único 126. Além disso, o topo liso 183 pode compreender um piso ou subpiso para a câmara de forno 185 descrita acima com referência à Figura 1A. Em algumas modalidades, uma camada de tijolos pode ser colocada no topo do topo liso 183.

[048] Em várias modalidades, a coroa 181 pode compreender um segmento de monólito avulso ou uma pluralidade de segmentos individuais (por exemplo, as porções arqueadas individuais 181a, 181b) que são separadas por uma junta opcio-nal 186 mostrada em linha tracejada. Consequentemente, uma coroa de monólito avulsa 181 pode cobrir uma linha ou uma pluralidade de linhas adjacentes no duto único 126. Conforme mencionado acima, em modalidades adicionais, a coroa 181 pode ter formatos outros que não um lado de baixo arqueado com um topo liso. Por exemplo, a coroa 181 pode ser inteiramente lisa, inteiramente arqueada ou curva, ou outras combinações dessas características. Embora a coroa 181 tenha sido descrita para uso com o duto único 126 da Figura 1B, a mesma poderia similarmente ser usada com o duto único 116 ou câmara de coqueificação 185 mostrada na Figura 1A.

[049] A Figura 2A é uma vista isométrica de um forno de coque 205 tendo uma coroa de monólito 280 configurada de acordo com modalidades da tecnologia. O forno 205 é de modo geral similar ao forno 105 descrito acima com referência à Figura 1. Por exemplo, o forno 205 inclui o piso de forno 160 e as paredes laterais opostas 175. A coroa 280 compreende uma estrutura de monólito, em que a coroa 280 se estende entre as paredes laterais 175. Na modalidade ilustrada, a coroa 280 compreende uma pluralidade de segmentos de coroa 282 de modo geral adjacentes um ao outro e alinhados ao longo do comprimento do forno 205 entre a parte da frente e de trás do forno 205. Embora três segmentos 282 sejam ilustrados, em mo-dalidades adicionais, pode haver mais ou menos segmentos 282. Ainda em modali-dades adicionais, a coroa 280 compreende uma estrutura de monólito avulsa esten-dendo-se a partir da frente do forno 205 até a parte de trás. Em algumas modalida-des, múltiplos segmentos 282 são usados para facilitar a construção. Os segmentos individuais podem se encontrar juntas 284. Em algumas modalidades, as juntas 284 são preenchidas com material refratário, tal como cobertor refratário, argamassa, ou outro material adequado, para impedir vazamento de ar para dentro e escapamento não intencional. Ainda em modalidades adicionais, conforme será discutido com re-ferência à Figura 4 abaixo, a coroa 280 pode compreender múltiplos segmentos late-rais entre as paredes laterais 175 que se encontram ou se juntam sobre o piso de forno 160.

[050] A Figura 2B é uma vista frontal da coroa de monólito 280 da Figura 2A movendo-se entre uma configuração contraída 280a e uma configuração expandida 280b de acordo com modalidades da tecnologia. Conforme discutido acima, materiais de coroa tradicionais se expandem mediante aquecimento do forno e se contraem mediante resfriamento. Essa retração pode criar espaço entre tijolos de forno individuais e fazer com que tijolos na coroa desmontem para dentro da câmara de forno. Usando um monólito, entretanto, a coroa 280 se expande e se contrai como uma estrutura avulsa.

[051] O projeto do forno 205 fornece suporte estrutural para tal expansão e contração mediante aquecimento e resfriamento. Mais especificamente, as paredes laterais 175 que sustentam a coroa 280 podem ter uma largura W que é suficiente-mente maior que a largura da coroa 280 para sustentar totalmente a coroa 280 à medida que a coroa 280 se move lateralmente entre as configurações contraída 280a e expandida 280b. Por exemplo, a largura W pode ser pelo menos a largura da coroa 280 mais a distância D de expansão. Portanto, quando a coroa 280 se expande ou é transladada lateralmente para fora mediante aquecimento, e se contrai e translada lateralmente para dentro novamente mediante resfriamento, as paredes laterais 175 mantêm a sustentação da coroa 280. A coroa 280 pode de modo similar se expandir ou transladar longitudinalmente para fora mediante aquecimento, e contrair e transladar longitudinalmente para dentro mediante resfriamento. As paredes de frente e de trás (ou molduras de porta) do forno 205 podem consequentemente ser dimensionadas para acomodar esse deslocamento.

[052] Em modalidades adicionais, a coroa 280 pode repousar em uma base de coroa em vez de diretamente nas paredes laterais 175. Uma base como essa pode ser acoplada às ou ser uma estrutura independente das paredes laterais 175. Ainda em modalidades adicionais, o forno inteiro pode ser feito de material que se expande e que se contrai e pode se expandir e contrair com a coroa 280, e pode não exigir paredes laterais tendo uma largura tão grande quanto a largura W mostrada na Figura 2B porque a coroa 280 fica de modo geral alinhada com as paredes laterais que se expandem 175 mediante aquecimento e resfriamento. Similarmente, se tanto a coroa 280 quanto as paredes laterais 175 são feitas de um material termica- mente estável quanto ao volume, então as paredes laterais 175 podem ficar de modo geral alinhadas com a coroa 280 mediante aquecimento e resfriamento, e as paredes laterais 175 não precisam ser substancialmente mais largas que (ou mesmo tão largas quanto) a coroa 280. Em algumas modalidades, as paredes laterais 175, as molduras de porta de frente ou de trás, e/ou a coroa 280 podem ser retidas no lugar por meio de um sistema de compressão ou de tensão, tal como um sistema acionado por mola. Em uma modalidade particular, o sistema de compressão pode incluir uma ou mais vigas de amarração buckstay em uma porção exterior das pare-des laterais 175 e configurada(s) para inibir o movimento para fora das paredes late-rais 175. Em modalidades adicionais, um sistema de compressão como esse está ausente.

[053] A Figura 2C é uma vista frontal de paredes laterais de forno 177 para sustentar uma coroa de monólito 281 configurada de acordo com modalidades adici-onais da tecnologia. As paredes laterais 177 e a coroa 281 são de modo geral simi-lares às paredes laterais 175 e à coroa 280 mostradas na Figura 2B. Na modalidade mostrada na Figura 2C, entretanto, as paredes laterais 177 e a coroa 281 têm uma interface angulada ou inclinada 287. Assim, quando a coroa 281 expande a distância D mediante aquecimento (isto é, translada da posição 281a para a posição 281b), a coroa 281 translada ao longo da superfície inclinada do topo da parede lateral 177 seguindo o padrão da interface 287.

[054] Em outras modalidades, a coroa 281 e as paredes laterais 177 podem fazer uma interface em outros padrões, tais como recessos, fendas, porções sobre-postas, e/ou recursos interligados. Por exemplo, a Figura 2D é uma vista frontal de paredes laterais de forno 179 para sustentar uma coroa de monólito 283 configurada de acordo com modalidades adicionais da tecnologia. As paredes laterais 179 e a coroa 283 são de modo geral similares às paredes laterais 175 e à coroa 280 mos-tradas na Figura 2B. Na modalidade mostrada na Figura 2D, entretanto, as paredes laterais 179 e a coroa 283 têm uma interface escalonada ou em ziguezague 289. Assim, quando a coroa 283 se expande pela distância D mediante aquecimento (isto é, translada da posição 283a para a posição 283b), a coroa 283 translada ao longo da superfície escalonada do topo da parede lateral 179 seguindo o padrão da inter-face 289.

[055] A Figura 3 é uma vista isométrica de um forno de coque 305 tendo uma coroa de monólito 380 configurada de acordo com modalidades adicionais da tecnologia. Por ser a coroa 380 pré-formada, ela pode assumir formatos outros que não o tradicional arco. Na modalidade ilustrada, por exemplo, a coroa 380 compre-ende uma superfície de modo geral lisa. Esse projeto pode garantir custos mínimos com material. Em outras modalidades, outros formatos de coroa podem ser empre- gados para aperfeiçoar a distribuição de gás no forno 305, para minimizar custos materiais, ou por outros fatores de eficiência.

[056] A Figura 4A é uma vista isométrica de um forno de coque 405 tendo uma coroa de monólito 480 configurada de acordo com outras modalidades da tec-nologia. A coroa 405 compreende uma pluralidade (por exemplo, duas) porções de monólito 482 que se encontram em uma junta 486 sobre o piso de forno 160. A junta 486 pode ser vedada e/ou isolada com qualquer material adequado refratário se ne-cessário. Em várias modalidades, a(s) junta(s) 486 pode(m) estar centrada(s) na co-roa 480 ou pode(m) estar fora de centro. As porções de monólito 482 podem ser do mesmo tamanho ou de uma variedade de tamanhos. As porções de monólito 482 podem ser de modo geral horizontais ou anguladas (conforme mostrado) com rela-ção ao piso de forno 160. O ângulo pode ser selecionado para otimizar a distribuição de ar na câmara de forno. Pode haver mais ou menos porções de monólito 482 em modalidades adicionais.

[057] A Figura 4B é uma vista frontal da coroa de monólito 480 da Figura 4A configurada de acordo com modalidades adicionais da tecnologia. Conforme mos-trado na Figura 4B, as porções de monólito 482 podem incluir um recurso de fazer uma interface na junta 486 para melhor segurar as porções de monólito 482 uma na outra. Por exemplo, na modalidade ilustrada, a junta 486 compreende um pino 492 em uma porção de monólito 482 configurada para deslizar para dentro e fazer uma interface com uma fenda 490 na porção de monólito adjacente 482. Em modalidades adicionais, a junta 486 pode compreender outros recessos, fendas, recursos sobre-postos, recursos interligados, ou outros tipos de interfaces. Ainda em modalidades adicionais, argamassa é usada para vedar ou preencher a junta 486.

[058] Embora o recurso de fazer uma interface ilustrado seja ao longo de uma junta 486 que é de modo geral paralela às paredes laterais 175, em modalida-des adicionais, o recurso de fazer uma interface pode ser usado em uma junta que é de modo geral perpendicular às paredes laterais 175. Por exemplo, qualquer um dos recursos de fazer uma interface descritos acima poderia ser usado nas juntas 284 entre os segmentos de coroa 282 da Figura 2A. Assim, os recursos de fazer uma interface podem ser usados em qualquer junta na coroa 480, a despeito de se as porções de monólito são ou não orientadas lado a lado ou em frente e verso sobre o piso de forno. De acordo com aspectos da revelação, a coroa ou seção pré-moldada pode ser uma coroa de forno, um arco de tubo de subida, um arco de tubo de desci-da, uma peça em J, um arco de duto único avulso ou múltiplos arcos de duto único, um limpador de tubo de descida, seções de canto curvilíneas, e/ou porções combi-nadas de quaisquer das seções acima. Em algumas modalidades, a coroa é formada pelo menos em parte com um material termicamente estável quanto ao volume. Em modalidades adicionais, a coroa é formada como um monólito (ou diversos segmen-tos de monólito) abrangendo o espaço entre os suportes tais como paredes laterais de forno.

[059] A Figura 5A ilustra uma vista parcial, recortada, de uma porção de du- to único 516 de um forno de coque de recuperação de calor horizontal configurado de acordo com modalidades da tecnologia. Os canais de tubo de descida 112 conectam fluidamente a câmara de forno 185 com o duto único 516. O duto único 516 inclui uma pluralidade de linhas lado a lado 517 sob o piso de forno. Conforme discutido com respeito ao forno 105, as linhas 517 na Figura 5A são mostradas como sendo substancialmente paralelas a um eixo geométrico longitudinal do forno. Entretanto, em outras modalidades, o duto único 516 pode ser configurado de modo que pelo menos alguns segmentos das linhas 517 sejam de modo geral perpendiculares ao eixo geométrico longitudinal do forno.

[060] As linhas 517 são separadas por paredes de duto único 520. Embora se considere que as paredes de duto único 520 pudessem ser formadas em uma construção inteiriça, tal como uma moldagem única ou unidade moldada no lugar. Entretanto, em outras modalidades, uma pluralidade de segmentos de parede de duto único 522 se acoplam uma na outra para definir as paredes individuais de duto único 520. Com referência às Figuras 5B e 5D, os segmentos individuais de parede de duto único 522 podem ser dotados de um rebordo 524, que se estende para fora de um modo vertical a partir de uma extremidade. Similarmente, os segmentos de parede de duto único 522 podem incluir uma ranhura 526 que se estende para dentro de um modo vertical na extremidade oposta. Dessa maneira, segmentos opostos de parede de duto único 522 podem ser posicionados proximamente adjacentes um do outro de modo que o rebordo 524 de um segmento de parede de duto único 522 seja disposto dentro da ranhura 526 do segmento de parede de duto único adjacente 522. Além dos, ou no lugar dos, rebordo 524 e ranhura 526 correspondentes, os segmentos de parede de duto único 522 podem ser dotados de um entalhe 528 em uma extremidade e de uma projeção 530 que se estende a partir da extremidade oposta. O entalhe 528 e a projeção 530 são conformados e posicionados de modo que um segmento de parede de duto único 522 possa se acoplar a um segmento de parede de duto único adjacente 522 através da interligação do entalhe 528 e da pro-jeção 530.

[061] Gases voláteis emitidos a partir do carvão no forno são direcionados para o duto único 516 através de canais de tubo de descida 512, os quais são co-nectados fluidamente a chaminés ou canais de absorção 514 pelo duto único 516. Os gases voláteis são direcionados ao longo de uma trajetória sinuosa ao longo do duto único 516. Com referência à Figura 5A, os gases voláteis saem dos canais de tubo de descida 512 e são direcionados ao longo de um trajeto de fluido através das linhas 517. Em particular, a seção de parede de bloqueio 532 é posicionada para se estender transversamente entre a parede de duto único 520 e a parede externa de duto único 534, entre os canais de tubo de descida 512 e os canais de absorção 514. Em pelo menos uma modalidade, um segmento de parede de duto único 523 inclui um rebordo 536 que se estende para fora de um modo vertical a partir do segmento de parede de duto único 523. Uma extremidade da seção de parede de bloqueio 532 inclui uma ranhura 538 que se estende para dentro de um modo vertical. Dessa maneira, o segmento de parede de duto único 523 pode ser posicionado pro-ximamente adjacente à seção de parede de bloqueio 532 de modo que o rebordo 536 seja disposto dentro da ranhura 538 para segurar a posição das estruturas opostas relativamente uma à outra. Dessa maneira, os gases voláteis são substancialmente impedidos de curto-circuitar o trajeto de fluido a partir dos canais de tubo de descida 512 e dos canais de absorção 514.

[062] À medida que os gases voláteis se deslocam ao longo do trajeto de fluido através do duto único 516, os mesmos são forçados em volta de porções de extremidade das paredes de duto único 520, as quais podem parar pouco antes de encontrar as paredes de extremidade de duto único 540. O vão entre a porção de extremidade das paredes de duto único 520 e as paredes de extremidade de duto único 540 são, em várias modalidades, dotados de seções de arco 542 para abran- ger o vão. Em algumas modalidades, as seções de arco 542 podem ser em formato de U, fornecendo um par de pernas opostas para encaixar no piso do duto único 543 e uma porção superior de extremidade para encaixar no piso de forno. Em outras modalidades, a seção de arco 542 pode ser uma seção arqueada ou uma seção de cantiléver lisa integrada com e que se estende a partir da parede de duto único 520. Em outras modalidades, tais como aquelas ilustradas nas Figuras 5A e 5H, as seções de arco 542 são em formato de J, tendo uma porção de extremidade superior 544 com uma superfície inferior arqueada 546 e uma superfície superior 548 que é conformada para encaixar no piso de forno. Uma única perna 550 se estende para baixo a partir de uma extremidade da porção de extremidade superior 544 para en-caixar no piso do duto único 543. Uma porção lateral da perna 550 é posicionada proximamente adjacente à porção de extremidade livre da parede de duto único 520. Uma porção de extremidade livre 552 da porção de extremidade superior 544, oposta à perna 550, em algumas modalidades, encaixa em um ponto de ancoragem 554 na parede de duto único 520 para sustentar aquele lado da seção de arco 542. Em algumas modalidades, o ponto de ancoragem 554 é um recesso ou um entalhe for-mado na parede de duto único 520. Em outras modalidades, o ponto de ancoragem 554 é fornecido como uma porção de borda de uma estrutura adjacente, tal como a parede de extremidade de duto único 540. À medida que os gases voláteis se deslo-cam ao redor de porções de extremidade das paredes de duto único 520, os gases voláteis encontram cantos, em determinadas modalidades, onde as paredes de ex-tremidade de duto único 540 encontram paredes externas de duto único 534 e pare-des de duto único 520. Tais cantos apresentam, por definição, superfícies opostas que atraem os gases voláteis e induzem turbulência que rompe o fluxo regular, lami-nar dos gases voláteis. Consequentemente, algumas modalidades da presente tec-nologia incluem seções de canto de duto único 556 nos cantos para reduzir a ruptura do fluxo de gás volátil. Com referência à Figura 5G, modalidades das seções de can-to de duto único 556 incluem uma face posterior angular 558 que é conformada para encaixar nas áreas de canto do duto único 516. Faces opostas, dianteiras 560 das seções de canto de duto único 556 são conformadas para ser curvilíneas ou cônca-vas. Em outras modalidades a seção de canto é uma bolsa curva. Na operação, o formato curvilíneo reduz zonas sem fluxo e suaviza as transições no fluxo. Dessa maneira, a turbulência no fluxo de gás volátil pode ser reduzida à medida que o tra-jeto de fluido percorre as áreas de canto do duto único 516. Superfícies de topo das seções de canto de duto único 556 podem ser conformadas para encaixar no piso de forno para sustentação adicional.

[063] Em vários fornos de coqueificação da técnica anterior, as paredes ex-ternas de duto único são formadas de tijolo. Consequentemente, os canais de tubo de descida e os canais de absorção que se estendem através das paredes externas de duto único são formados com paredes opostas lisas que se encontram em cantos. Consequentemente, o trajeto de fluido através dos canais de tubo de descida e dos canais de absorção é turbulento e reduz o fluxo de fluido ideal. Além disso, as superfícies irregulares do tijolo e a geometria angular dos canais de tubo de descida e dos canais de absorção promovem o acúmulo de detritos e partículas ao longo do tempo, o que restringe adicionalmente o fluxo de fluido. Com referência à Figura 5A e à Figura 5E, modalidades da presente tecnologia formam pelo menos porções das paredes externas de duto único 534 com blocos de canal 562. Em algumas modali-dades, os blocos de canal 562 incluem um ou mais canais 564, tendo extremidades abertas que penetram nas larguras dos blocos de canal 562 e paredes laterais fe-chadas. Em outras modalidades, blocos de canal 566 incluem um ou mais canais abertos 568 que têm extremidades abertas que penetram nas larguras dos blocos de canal 566 e paredes laterais que são abertas para um lado dos blocos de canal 566 para definir aberturas de canal 570. Em várias modalidades, os blocos de canal 566 são posicionados no nível do piso do duto único. Blocos de canal 562 são posicio-nados no topo dos blocos de canal 566 de modo que extremidades dos canais 564 e extremidades dos canais abertos 568 sejam colocadas em comunicação fluida aberta umas com as outras. Nessa orientação, as aberturas de canal 570 para um conjunto de blocos de canal 566 podem servir como a saída para canais de tubo de descida 512. Similarmente, as aberturas de canal 570 para outro conjunto de blocos de canal 566 podem servir como a entrada para os canais de absorção 514. Mais que um bloco de canal 562 pode ser posicionado no topo de cada bloco de canal 566, dependendo da altura desejada da parede externa de duto único 534 e do duto único 516.

[064] Com referência à Figura 6, as linhas 517 do duto único 516 podem ser cobertas por um piso de forno 660, o qual pode compreender múltiplos segmentos de monólito 662 feitos de material termicamente estável quanto ao volume. Em particular, conforme mostrado na Figura 6, um monólito sobre o duto único 516 é formado a partir de uma pluralidade de arcos lado a lado, cada arco cobrindo uma linha 517 do duto único 516. Porções de extremidade inferior 664 dos segmentos de mo- nólito 662 são posicionadas em superfícies superiores das paredes de duto único 520 e paredes externas de duto único 534. De acordo com aspectos adicionais, uma camada de monólito plana ou uma camada de tijolo segmentada pode cobrir a porção de topo dos segmentos de monólito 662. Além disso, conforme discutido anteri-ormente com relação a outros aspectos da presente tecnologia, o forno inteiro pode ser feito de material que se expande e que se contrai de modo que alguns dos ou todos os componentes estruturais do forno possam se expandir e contrair um com o outro. Consequentemente, se os segmentos de monólito 662, as paredes de duto único 520, e as paredes externas de duto único 534 são feitas de um material termi- camente estável quanto ao volume, então os segmentos de monólito 662, as paredes de duto único 520, e as paredes externas de duto único 534 podem ficar de modo geral alinhadas uma com a outra mediante aquecimento e resfriamento. Deve ser considerado, entretanto, que em determinadas aplicações, um ou mais dos segmentos de monólito 662, das paredes de duto único 520, e das paredes externas de duto único 534 poderia(m) ser feito(s) a partir de materiais outros que não material termi- camente estável quanto ao volume. Tais ocasiões podem surgir durante um reparo ou reequipagem de um forno de coqueificação existente com componentes estruturais pré-moldados. É similarmente considerado que alguns dos ou todos os outros componentes descritos no presente documento, tais como a cobertura de tubo de descida 118, as seções de parede de bloqueio 532, as paredes de extremidade de duto único 540, as seções de arco 542, as seções de canto de duto único 556, os blocos de canal 522, e os blocos de canal 523 poderiam ser formados de um material termicamente estável quanto ao volume e/ou poderiam ser forrados com um material termicamente estável quanto ao volume.

[065] De acordo com aspectos da revelação, o forno pode ser construído de formatos de monólito pré-moldados interligados ou interfaceados formando um forno pré-moldado. Por exemplo, a coroa de monólito com paredes laterais integrais pode se assentar em um piso pré-moldado com paredes de duto único de monólito, assim o forno inteiro pode ser construído de uma pluralidade de formatos pré-moldados conforme mostrado na Figura 1A. Em modalidades alternativas, o forno inteiro pode ser construído de uma peça pré-moldada. Em modalidades adicionais, o forno pode ser construído de um ou mais formatos pré-moldados fazendo uma interface com tijolos individuais para formar uma construção de forno híbrido. Aspectos da constru-ção de forno híbrido podem ser particularmente eficientes em reparos no forno con-forme mostrado adicionalmente nas figuras.

[066] A Figura 7 é um diagrama de blocos ilustrando um método 700 de di-minuir a temperatura de um forno de coque de recuperação de calor horizontal. O método pode incluir o uso de uma coroa monolítica pré-moldada para substituir es-truturas de tijolo ou pode incluir um forno de coque horizontal construído de seções monolíticas pré-moldadas. No bloco 710, o método 700 inclui formar uma estrutura de forno de coque tendo um coroa de forno sobre uma câmara de forno. A coroa ou seção pré-moldada pode ser um coroa de forno, um arco de tubo de subida, um arco de tubo de descida, uma peça em J, um arco de duto único avulso ou múltiplos arcos de duto único, um limpador de tubo de descida, seções de canto curvilíneas, e/ou porções combinadas de qualquer das seções acima. Em algumas modalidades, a coroa é formada pelo menos em parte com um material termicamente estável quanto ao volume. Em modalidades adicionais, a coroa é formada como um monólito (ou diversos segmentos de monólito) abrangendo o espaço entre suportes tais como paredes laterais de forno.

[067] No bloco 720, o método 700 inclui aquecer a câmara de forno de co-que. Em algumas modalidades, a câmara de forno é aquecida acima da temperatura termicamente estável quanto ao volume de um dado material (por exemplo, acima de 1.200°F no caso de um forno de sílica). O método 700 então inclui diminuir a temperatura do forno de coque abaixo de uma temperatura termicamente estável quanto ao volume no bloco 730. Para materiais tendo uma temperatura termicamen- te estável quanto ao volume, como sílica, isso compreende fazer cair a temperatura de forno abaixo dessa temperatura (por exemplo, abaixo de 1.200°F no caso de um forno de sílica). Para materiais termicamente estáveis quanto ao volume, como sílica fundida, ou materiais não tendo uma temperatura termicamente estável quanto ao volume, como alumina, a etapa de diminuir a temperatura do forno de coque abaixo de uma temperatura termicamente estável quanto ao volume compreende diminuir a temperatura de forno para qualquer temperatura menor. Em modalidades particula-res, diminuir a temperatura do forno de coque compreende desligar o forno de coque inteiramente. Em modalidades adicionais, diminuir a temperatura do forno de coque compreende diminuir a temperatura do forno de coque para uma temperatura de cerca de 1.200°F ou menos. Em algumas modalidades, o forno de coque é diminuído para 50% ou menos da capacidade operante máxima. No bloco 740, o método 700 inclui adicionalmente manter a integridade da coroa de coque. O forno tem assim a temperatura diminuída sem desmonte da coroa conforme experimentado em fornos tradicionais. Em algumas modalidades, o forno tem a temperatura diminuída sem causar contração significativa da coroa. O método descrito acima pode ser aplicado a uma câmara de coqueificação, duto único, tubo de descida, tubo de subida ou outra porção do forno. Exemplos

[068] Os Exemplos a seguir são ilustrativos de diversas modalidades da presente tecnologia. 1. Uma câmara de forno de coque, compreendendo: um piso de forno; uma porção de extremidade dianteira e uma porção de extremidade posterior oposta à porção de extremidade dianteira; uma primeira parede lateral que se estende verticalmente para cima a partir do piso entre a parede frontal e a parede de trás e uma segunda parede lateral oposta à primeira parede lateral; uma coroa posicionada acima do piso e abrangendo o espaço a partir da primeira parede lateral até a segunda parede lateral; e um duto único compreendendo um material termicamente estável quanto ao volume e tendo uma pluralidade de linhas adjacentes entre a primeira parede lateral e a segunda parede lateral. 2. A câmara de forno de coque da reivindicação 1 em que o material termicamente estável quanto ao volume compreende sílica fundida ou zircônia. 3. A câmara de forno de coque da reivindicação 1 em que o duto único inclui pelo menos uma parede de duto único que compreende uma pluralidade de segmentos de parede de duto único. 4. A câmara de forno de coque da reivindicação 3 em que os segmentos de parede de duto único compreendem um material termicamente estável quanto ao volume. 5. A câmara de forno de coque da reivindicação 3 em que os segmentos de parede de duto único são acoplados um ao outro por recursos de ranhura e re-bordo cooperantes associados a porções de extremidade dos segmentos de parede de duto único. 6. A câmara de forno de coque da reivindicação 3 em que os segmentos de parede de duto único são acoplados um ao outro por recursos de projeção e en-talhe cooperantes associados a porções de extremidade dos segmentos de parede de duto único. 7. A câmara de forno de coque da reivindicação 1 em que o duto único inclui pelo menos uma seção de parede de bloqueio acoplada à, e que se estende de modo geral transversal a partir da, pelo menos uma parede de duto único; a pelo menos uma seção de parede de bloqueio compreendendo um material termicamente estável quanto ao volume. 8. A câmara de forno de coque da reivindicação 7 em que a pelo menos uma seção de parede de bloqueio e pelo menos uma parede de duto único são aco-pladas uma à outra por recursos de ranhura e rebordo cooperantes associados a uma porção de extremidade do pelo menos um segmento de parede de bloqueio e uma porção lateral da pelo menos uma parede de duto único. 9. A câmara de forno de coque da reivindicação 1 em que o duto único inclui pelo menos uma seção de arco de modo geral em formato de J abrangendo um vão entre uma porção de extremidade de pelo menos uma parede de duto único e uma parede de extremidade de duto único. 10. A câmara de forno de coque da reivindicação 9 em que a seção de arco inclui uma porção de extremidade superior arqueada e uma perna pendente de uma extremidade da porção de extremidade superior; uma extremidade livre oposta da porção de extremidade superior arqueada operativamente acoplada à parede de extremidade de duto único entre um piso do duto único e o piso de forno. 11. A câmara de forno de coque da reivindicação 9 em que a pelo menos uma seção de arco compreende um material termicamente estável quanto ao volu-me. 12. A câmara de forno de coque da reivindicação 1 em que o duto único inclui pelo menos uma seção de canto de duto único tendo uma face posterior que é conformada para encaixar em uma área de canto de pelo menos uma da pluralidade de linhas adjacentes e uma face dianteira oposta, curvilínea ou côncava; a seção de canto de duto único sendo posicionada para direcionar fluxo de fluido para além da área de canto. 13. A câmara de forno de coque da reivindicação 12 em que a pelo menos uma seção de canto de duto único compreende um material termicamente estável quanto ao volume. 14. A câmara de forno de coque da reivindicação 1 em que o duto único inclui pelo menos uma seção de canto de duto único tendo uma face posterior que é conformada para encaixar em uma área de canto de pelo menos uma da pluralidade de linhas adjacentes e uma face dianteira oposta, curvilínea ou côncava; a seção de canto de duto único sendo posicionada para direcionar fluxo de fluido para além da área de canto. 15. A câmara de forno de coque da reivindicação 1 em que a câmara de forno compreende adicionalmente canais de tubo de descida que se estendem atra-vés de pelo menos uma dentre a primeira parede lateral e a segunda parede lateral; os canais de tubo de descida estando em comunicação fluida aberta com a câmara de forno e o duto único. 16. A câmara de forno de coque da reivindicação 15 em que os canais de tubo de descida têm paredes laterais curvas. 17. A câmara de forno de coque da reivindicação 15 em que os canais de tubo de descida têm cortes transversais de vários formatos geométricos. 18. A câmara de forno de coque da reivindicação 15 em que os canais de tubo de descida são moldados usando um material termicamente estável quanto ao volume. 19. A câmara de forno de coque da reivindicação 15 em que os canais de tubo de descida são formados de uma pluralidade de blocos de canal tendo canais que penetram nos blocos de canal; a pluralidade de blocos de canal sendo vertical-mente empilhados de modo que canais a partir de blocos de canal adjacentes se alinhem uns com os outros para definir seções de canais de tubo de descida. 20. A câmara de forno de coque da reivindicação 19 em que pelo menos um bloco de canal inclui canais que penetram em porções de extremidade superior e inferior do bloco de canal e um lado do bloco de canal para fornecer saídas para os canais de tubo de descida. 21. A câmara de forno de coque da reivindicação 15 compreendendo adi-cionalmente uma cobertura de tubo de descida operativamente acoplada a uma abertura para pelo menos um canal de tubo de descida; a cobertura de tubo de des-cida incluindo um tampão que é conformado para ser recebido dentro de uma aber-tura de acesso que penetra na cobertura da cobertura de descida. 22. A câmara de forno de coque da reivindicação 1 em que a câmara de forno compreende adicionalmente canais de absorção que se estendem através de pelo menos uma dentre a primeira parede lateral e a segunda parede lateral; os ca-nais de absorção estando em comunicação fluida aberta com o duto único e uma saída de fluido da câmara de forno de coque. 23. A câmara de forno de coque da reivindicação 22 em que os canais de absorção têm paredes laterais de vários formatos geométricos. 24. A câmara de forno de coque da reivindicação 22 em que os canais de absorção têm cortes transversais de vários formatos geométricos. 25. A câmara de forno de coque da reivindicação 22 em que os canais de absorção são moldados usando um material termicamente estável quanto ao volume. 26. A câmara de forno de coque da reivindicação 22 em que os canais de absorção são formados a partir de uma pluralidade de blocos de canal tendo canais que penetram nos blocos de canal; a pluralidade de blocos de canal sendo vertical-mente empilhados de modo que canais a partir de blocos de canal adjacentes se alinhem uns com os outros para definir seções de canais de absorção. 27. A câmara de forno de coque da reivindicação 26 em que pelo menos um bloco de canal inclui canais que penetram em porções de extremidade superior e inferior do bloco de canal e um lado do bloco de canal para fornecer entradas para os canais de absorção.

[069] A partir do que foi visto será observado que, embora modalidades es-pecíficas da tecnologia tenham sido descritas no presente documento para propósi-tos de ilustração, várias modificações podem ser feitas sem que haja um desvio do espírito e escopo da tecnologia. Por exemplo, embora diversas modalidades tenham sido descritas no contexto de fornos HHR, em modalidades adicionais, o monólito ou projetos termicamente estáveis quanto ao volume podem ser usados em fornos não HHR, tais como fornos para subproduto. Além disso, determinados aspectos da nova tecnologia descrita no contexto de modalidades particulares podem ser combinados ou eliminados em outras modalidades. Por exemplo, embora determinadas modali-dades tenham sido discutidas no contexto de uma coroa para uma câmara de co- queificação, a coroa lisa, a coroa de monólito, materiais termicamente estáveis quan-to ao volume, e outros recursos discutidos acima podem ser usados em outras por-ções de um sistema de forno de coque, tal como uma coroa para um duto único. Além disso, embora vantagens associadas a determinadas modalidades da tecnolo-gia tenham sido descritas no contexto daquelas modalidades, outras modalidades podem também exibir tais vantagens, e nem todas as modalidades precisam neces-sariamente exibir tais vantagens para estarem abrangidas pelo escopo da tecnologia. Consequentemente, a revelação e a tecnologia associada podem incluir outras modalidades não expressamente mostradas ou descritas no presente documento. Assim, a revelação não é limitada, exceto pelas reivindicações anexas.

Claims (27)

1. Câmara de forno de coque de recuperação de calor horizontal, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um piso de forno; uma porção de extremidade dianteira e uma porção de extremidade posterior oposta à porção de extremidade dianteira; uma primeira parede lateral que se estende verticalmente para cima a partir do piso entre a parede frontal e a parede de trás e uma segunda parede lateral oposta à primeira parede lateral; uma coroa posicionada acima do piso e abrangendo a partir da primeira parede lateral até a segunda parede lateral; e um duto único formado a partir de um material termicamente estável, que é pelo menos um de expansão quase zero e de contração quase zero ao longo de um ciclo de coqueificação e tendo uma pluralidade de linhas adjacentes entre a primeira parede lateral e a segunda parede lateral; pelo menos uma porção do duto único formada em construção monolítica a partir de um piso do duto único até uma coroa do duto único.

2. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o material termicamente estável quanto ao volume compreende sílica fundida ou zircônia.

3. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o duto único inclui pelo menos uma parede de duto único que compreende de uma pluralidade de segmentos de parede de duto único.

4. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que os segmentos de parede de duto único são compreendidos de um material termicamente estável quanto ao volume.

5. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que os segmentos de parede de duto único são acoplados um ao outro por recursos de ranhura e rebordo cooperantes associados a porções de extremidade dos segmentos de parede de duto único.

6. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que os segmentos de parede de duto único são acoplados um ao outro por recursos de projeção e entalhe cooperantes associados a porções de extremidade dos segmentos de parede de duto único.

7. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o duto único inclui pelo menos uma seção de parede de bloqueio acoplada à, e que se estende de modo geral transversalmente a partir da, pelo menos uma parede de duto único; a pelo menos uma seção de parede de bloqueio compreendendo um material termicamente estável quanto ao volume.

8. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que a pelo menos uma seção de parede de bloqueio e pelo menos uma parede de duto único são acopladas uma à outra por recursos de ranhura e rebordo cooperantes associados a uma porção de extremidade do pelo menos um segmento de parede de bloqueio e uma porção lateral da pelo menos uma parede de duto único.

9. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o duto único inclui pelo menos uma seção de arco de modo geral em formato de J abrangendo um vão entre uma porção de extremidade de pelo menos uma parede de duto único e uma parede de extremidade de duto único.

10. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato de que a seção de arco inclui uma porção de extremidade superior arqueada e uma perna pendente de uma extremidade da porção de extremidade superior; uma extremidade livre oposta da porção de extremidade superior arqueada operativamente acoplada à parede de extremidade de duto único entre um piso do duto único e o piso de forno.

11. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato de que a pelo menos uma seção de arco é compreendida de um material termicamente estável quanto ao volume.

12. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o duto único inclui pelo menos uma seção de canto de duto único tendo uma face posterior que é conformada para encaixar em uma área de canto de pelo menos uma da pluralidade de linhas adjacentes e uma face dianteira oposta, curvilínea ou côncava; a seção de canto de duto único sendo posicionada para direcionar fluxo de fluido para além da área de canto.

13. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que a pelo menos uma seção de canto de duto único é compreendida de um material termicamente estável quanto ao volume.

14. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o duto único inclui pelo menos uma seção de canto de duto único tendo uma face posterior que é conformada para encaixar em uma área de canto de pelo menos uma da pluralidade de linhas adjacentes e uma face dianteira oposta, curvilínea ou côncava; a seção de canto de duto único sendo posicionada para direcionar fluxo de fluido para além da área de canto.

15. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a câmara de forno compreende adicionalmente canais de tubo de descida que se estendem através de pelo menos uma dentre a primeira parede lateral e a segunda parede lateral; os canais de tubo de descida estando em comunicação fluida aberta com a câmara de forno e o duto único,

16. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADA pelo fato de que os canais de tubo de descida têm paredes laterais curvas.

17. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADA pelo fato de que os canais de tubo de descida têm cortes transversais de vários formatos geométricos.

18. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADA pelo fato de que os canais de tubo de descida são moldados usando um material termicamente estável quanto ao volume.

19. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADA pelo fato de que os canais de tubo de descida são formados de uma pluralidade de blocos de canal tendo canais que penetram nos blocos de canal; a pluralidade de blocos de canal sendo verticalmente empilhados de modo que canais a partir de blocos de canal adjacentes se alinhem uns com os outros para definir seções de canais de tubo de descida.

20. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADA pelo fato de que pelo menos um bloco de canal inclui canais que penetram em porções de extremidade superior e inferior do bloco de canal e um lado do bloco de canal para fornecer saídas para os canais de tubo de descida.

21. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende adicionalmente uma cobertura de tubo de descida operativamente acoplada a uma abertura para pelo menos um canal de tubo de descida; a cobertura de tubo de descida incluindo um tampão que é conformado para ser recebido dentro de uma abertura de acesso que penetra na cobertura da cobertura de descida.

22. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a câmara de forno compreende adicionalmente canais de absorção que se estendem através de pelo menos uma dentre a primeira parede lateral e a segunda parede lateral; os canais de absorção estando em comunicação fluida aberta com o duto único e uma saída de fluido da câmara de forno de coque.

23. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 22,CARACTERIZADA pelo fato de que os canais de absorção têm paredes laterais de vários formatos geométricos.

24. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 22,CARACTERIZADA pelo fato de que os canais de absorção têm cortes transversais de vários formatos geométricos.

25. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADA pelo fato de que os canais de absorção são moldados usando um material termicamente estável quanto ao volume.

26. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADA pelo fato de que os canais de absorção são formados a partir de uma pluralidade de blocos de canal tendo canais que penetram nos blocos de canal; a pluralidade de blocos de canal sendo verticalmente empilhados de modo que canais a partir de blocos de canal adjacentes se alinhem uns com os outros para definir seções de canais de absorção.

27. Câmara de forno de coque, de acordo com a reivindicação 26, CARACTERIZADA pelo fato de que pelo menos um bloco de canal inclui canais que penetram em porções de extremidade superior e inferior do bloco de canal e um lado do bloco de canal para fornecer entradas para os canais de absorção.

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