BR112017014428B1 - Método para otimizar a operação de uma usina de coque e forno de coque - Google Patents

Abstract

OTIMIZAÇÃO E AUTOMAÇÃO DE PLANTA DE COQUE INTEGRADA USANDO TÉCNICAS DE CONTROLE E OTIMIZAÇÃO AVANÇADAS. A presente tecnologia é de maneira geral direcionada ao controle integrado de fornos de coque em uma planta de coque de modo a otimizar a taxa de coqueificação, de recuperação do produto, de produto secundário e/ou de consumo de unidade de cal. Os objetivos da otimização são alcançados através do controle de certas variáveis (chamadas variáveis de controle) pela manipulação dos punhos disponíveis (chamadas variáveis manipuladas) sujeitas a limitações e perturbações do sistema que afetam as variáveis controláveis.

Description

REFERÊNCIA REMISSIVA AOS PEDIDOS DE DEPÓSITO CORRELATOS

[001] O presente pedido reivindica o benefício de prioridade ao Pedido de Patente Provisório no U.S. 62/099.383, depositado em 2 de janeiro de 2015, estando sua revelação incorporada ao presente documento em sua totalidade a título de referência.

CAMPO DA TÉCNICA

[002] A presente tecnologia se refere, em geral, ao controle integrado de fornos de coque em uma usina de coque a fim de otimizar a taxa de coqueificação, recuperação de produto, subprodutos e/ou consumo de calcário unitário.

FUNDAMENTOS

[003] Ferro e aço são partes vitais da economia global. A Associação Mundial do Aço reportou que 1,1 bilhão de toneladas de ferro bruto foi produzido globalmente por alto-fornos em 2013. Esse processo usa coque e minério de ferro como suas matérias-primas principais. O coque é um combustível de carbono sólido e uma fonte de carbono usada para derreter e reduzir minério de ferro na produção de aço. O coque é produzido expondo-se uma blenda apropriadamente selecionada e preparada de carvões betuminosos a altas temperaturas de um forno de coque por um período de tempo adequado na ausência de ar. Durante toda a conversão, gases voláteis, vapores e alcatrões estão sendo expelidos a partir da carga. À medida que as temperaturas da carga aumentam na atmosfera de forno de coque de redução, os carvões coqueificáveis passam através de um estágio de plástico ou amolecimento, gases e alcatrões são desenvolvidos, partículas de carvão incham e encolhem e, então, se ligam ou aderem entre si ressolidificando-se em um semicoque e, finalmente, um coque a cerca de 998 graus Celsius (1830 graus Fahrenheit). Os carvões coqueificáveis são exclusivos em relação a esse comportamento incomum quando aquecido. Os carvões são sólidos quando carregados, se tornam fluidos a graus variáveis, então, com um aumento adicional em temperatura, se tornam em uma substância porosa dura e sólida, conhecida como coque. O coque é uma substância porosa cinza escuro a prateado. Essa substância tem alto teor de carbono, baixo teor de impurezas não carbono, tal como enxofre e cinzas. Fisicamente, o coque produzido é forte, resistente à abrasão e dimensionado para transpor uma faixa de tamanho estreita.

[004] O processo de derretimento e fusão submetido pelas partículas de carvão durante o processo de aquecimento é uma parte importante da coqueificação. O grau de derretimento e o grau de assimilação das partículas de carvão na massa fundida determinam as características do coque produzido. A fim de produzir o coque mais forte a partir de um carvão particular ou blenda de carvão, há uma razão ideal de entidades reativas a inertes no carvão. A porosidade e resistência do coque são importantes para o processo de refinamento de minério e são determinadas pela fonte de carvão e/ou método de coqueificação.

[005] As partículas de carvão ou uma blenda de partículas de carvão são carregadas em fornos quentes, e o carvão é aquecido nos fornos a fim de remover a matéria volátil (“VM”) a partir do coque resultante. O processo de coqueificação é altamente dependente do design do forno, do tipo de carvão, e da temperatura de conversão usada. Tipicamente, os fornos são ajustados durante o processo de coqueificação de modo que cada carga de carvão seja coqueificada aproximadamente na mesma quantidade de tempo. Uma vez que o carvão for “coqueificado” ou totalmente coqueificado, o coque é removido do forno e arrefecido bruscamente com água para resfriá-lo abaixo de sua temperatura ignição. Alternativamente, o coque é arrefecido bruscamente a seco com um gás inerte. A operação de arrefecimento brusco também deve ser cuidadosamente controlada de modo que o coque não absorva muita umidade. Uma vez arrefecido bruscamente, o coque é peneirado e carregado em vagões, caminhões, ou em esteiras transportadas para transporte.

[006] À medida que a fonte de carvão adequada para formar carvão metalúrgico (“carvão coqueificável”) diminui, realizaram-se tentativas de blendar carvões de qualidade fraca ou inferior (“carvão não coqueificável”) com carvões coqueificáveis para proporcionar uma carga de carvão adequada para os fornos. Uma forma de combinar carvões não coqueificáveis e coqueificáveis consiste em usar carvão compactado ou compactado por carga. O carvão pode ser compactado antes ou após de estar no forno. Em algumas modalidades, uma mistura de carvões não coqueificáveis e coqueificáveis é compactada a mais de 800 kg/m3 (50 libras por pé cúbico) a fim de usar carvão não coqueificável no processo de fabricação de coque. À medida que a porcentagem de carvão não coqueificável na mistura de coque é aumentada, níveis maiores de compactação de carvão são necessários (por exemplo, até cerca de 1.041 a 1.201 kg/m3 (65 a 75 libras por pé cúbico)). Em termos comerciais, o carvão é tipicamente compactado a cerca de 1,15 a 1,2 de gravidade específica (sg) ou cerca de 1.121 a 1.201 kg/m3 (70 a 75 libras por pé cúbico).

[007] A maneira na qual carvões são selecionados, preparados e combinados influencia consideravelmente as propriedades do coque produzido. Os carvões devem ser reduzidos de tamanho triturando-se a níveis ideais e, então, vigorosamente misturados para garantir uma boa distribuição de partículas de carvão que promoverá a qualidade máxima de coque alcançável a partir dos carvões disponíveis. Na América do Norte, os produtores de coque geralmente pulverizam seus carvões ou blendas a 75% a 95% menos 3,175 mm (1/8”) de tamanho. O tamanho no qual o carvão é esmagado é expressado como % menos 3,175 mm (1/8”) comumente referido como o nível de pulverização. Além do controle de tamanho, a densidade aparente deve ser controlada. Uma alta densidade aparente pode induzir um trabalho intenso e danos às paredes do forno de coque em um forno de coque de subproduto. Uma densidade aparente baixa pode reduzir a resistência do coque produzido.

[008] Duas tecnologias de forno de coque dominam a indústria: fornos de coque de subprodutos e fornos de coque de recuperação de calor. A maior parte do coque produzido nos Estados Unidos é proveniente de baterias de forno de subproduto. Essa tecnologia carrega carvão a vários fornos do tipo fenda em que cada forno compartilha uma chaminé de aquecimento comum com o forno adjacente. Gás natural e outros combustíveis são usados para fornecer calor aos fornos. O carvão é carbonizado na atmosfera de redução, sob pressão reduzida (mais alta do que a atmosférica) e os gases e alcatrões que se desenvolvem (gases de escape) são coletados e enviados para uma usina de subprodutos onde vários subprodutos são recuperados. A transformação de carvão em coque em um forno de subprodutos ocorre quando o calor é transferido a partir das paredes de tijolo aquecidas para a carga de carvão. O carvão se decompõe para formar camadas de plástico perto de cada parede e essas camadas progridem em direção ao centro do forno. Uma vez que as camadas de plástico se encontram no centro do forno, toda a massa é carbonizada.

[009] Alternativamente, com o uso de tecnologia de forno de recuperação, não recuperação de calor, ou do tipo colmeia, o carvão é carregado a câmaras de forno grandes operadas sob pressão negativa (mais baixa do que a atmosférica). O processo de carbonização ocorre a partir de cima por transferência de calor radiante e a partir de baixo por condução de calor através do piso da soleira. O ar de combustão primária é introduzido na câmara de forno através de várias portas localizadas acima do nível de carga. Os gases em desenvolvimento e alcatrão são queimados na câmara superior e soleiras do forno e fornecem o calor para o processo de coqueificação. Em fornos de recuperação de calor, a energia térmica em excesso dos gases queimados é recebida na caldeira de recuperação de calor residual e convertida em vapor ou energia. A transformação de carvão em coque em um forno de recuperação, não recuperação de calor e do tipo colmeia quando o calor é transferido a partir do piso de tijolo aquecido ou calor radiante a partir de cima do leito de carvão na carga de carvão. O carvão se decompõe para formar camadas de plástico perto da parede e a parte superior do leito e essas camadas avançam em direção ao centro do forno. Uma vez que as camadas de plástico se encontram no centro do forno, toda a massa é carbonizada.

[010] A taxa de movimento da camada de plástico até o centro do leito de carvão tanto em fornos de subprodutos como de recuperação de calor é limitada pela taxa de transferência de calor por condução do leito de carvão. A química de carvão e a densidade de leito têm um impacto maior sobre a taxa de transferência de calor que, por fim, ajusta o tempo de ciclo e a capacidade de produção de bateria. Os fornos de subproduto têm, em geral, tempos de ciclo entre 17 a 24 horas por carga. Os fornos de recuperação de calor têm tempos de ciclo entre 24 e 48 horas por carga.

[011] O método comum para aumentar a densidade aparente da carga de carvão no forno é compactar o leito de carvão antes ou após ser descarregado por um meio mecânico conhecido como compactação de carga. Embora um método de compactação de carga possa aumentar corretamente a densidade aparente total da carga de carvão, o mesmo exige um equipamento dispendioso para realizar a compactação. Em fornos de recuperação de calor, isso resulta em um ciclo de coqueificação mais longo, pois as partículas estreitamente recheadas liberam matéria volátil mais lentamente do que um leito ligeiramente compactado. Ao mesmo tempo, a densidade mais alta de compactação de carga resulta em qualidade de coque aumentada. Isso permite obter uma qualidade de coque mais alta e a opção de substituir carvões de custo mais baixo e qualidade mais alta. Nos Estados Unidos, há uma abundância de carvão de alta qualidade e baixo custo. A abundância de carvão de baixo custo, alta qualidade e o alto custo de instalação de um compactador de carga resultou em compactações de carga que não são empregadas nos Estados Unidos. Qualquer método de baixo custo para aprimorar a densidade de carvão sem compactação de carga poderia ter aplicação nos Estados Unidos para aumentar a qualidade de coque e possivelmente usar alguns carvões de custo mais baixo ou substitutos de carvão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[012] A Figura 1 mostra um fluxograma de processo esquemático de uma usina de coque de recuperação de calor horizontal de acordo com os aspectos da revelação.

[013] A Figura 2 ilustra um esboço exemplificador de um forno de coque de recuperação de calor horizontal com orifícios de porta para ar primário de acordo com os aspectos da revelação.

[014] A Figura 3 mostra uma configuração de orifício de porta vs ar superior para fornecer ar primário à seção de coroa de forno de acordo com os aspectos da revelação.

[015] A Figura 4 é uma vista esquemática de uma usina de 100 fornos com operações a jusante, sendo que o esquema de corrente de controle de torre de ventilação de emergência (EVS) é mostrado de acordo com os aspectos da revelação.

[016] A Figura 5 é uma vista esquemática de uma usina de 100 fornos com um túnel de compartilhamento de gás e operações a jusante. O esquema de corrente de controle de torre de ventilação de emergência é mostrado de acordo com os aspectos da revelação.

[017] A Figura 6 é uma resposta de pressão de torre durante deslocamentos de gerador de vapor de recuperação de calor (HRSG) usando um esquema de controle H4 de acordo com os aspectos da revelação.

[018] As Figuras 7A e 7B ilustram uma resposta de pressão de torre durante o deslocamento de gerador de vapor de recuperação de calor usando um esquema de controle H3 e H4 em uma resposta de transição quando #7 HRSG for desligado de acordo com os aspectos da revelação.

[019] A Figura 8 ilustra uma resposta de pressão de torre durante deslocamentos de gerador de vapor de recuperação de calor (HRSG) usando um esquema de controle H4 em uma resposta de transição quando #8 HRSG for desligado de acordo com os aspectos da revelação.

[020] A Figura 9 ilustra uma resposta de pressão de torre durante deslocamentos de gerador de vapor de recuperação de calor usando um esquema de controle H4 em uma resposta de transição quando #9 HRSG for desligado de acordo com os aspectos da revelação.

[021] A Figura 10 ilustra uma resposta de pressão de torre durante deslocamentos de gerador de vapor de recuperação de calor usando um esquema de controle em uma resposta de transição quando #10 HRSG for desligado de acordo com os aspectos da revelação.

[022] A Figura 11 é um diagrama esquemático de um esquema de controle de laço único 1 com uma configuração de ar superior de acordo com os aspectos da revelação.

[023] A Figura 12 é um exemplo de uma trajetória de ponto definido de coroa de acordo com os aspectos da revelação.

[024] A Figura 13 é um exemplo de uma trajetória de ponto definido de conduto de soleira de acordo com os aspectos da revelação.

[025] A Figura 14 é um exemplo de uma trajetória de ponto definido de corrente de coroa de acordo com os aspectos da revelação.

[026] A Figura 15 mostra uma relação de oxigênio (ou ar) vs temperatura de acordo com os aspectos da revelação.

[027] A Figura 16 ilustra um esquema de controle 1 A quando os orifícios de porta e amortecedores de conduto de soleira não forem automatizados e somente tubos ascendentes forem usados para controle de acordo com os aspectos da revelação.

[028] A Figura 17A ilustra um esquema de controle 1B - temperatura de coroa ao esquema de controle em cascata de pressão de corrente de acordo com os aspectos da revelação.

[029] A Figura 17B ilustra um esquema de controle 1B - temperatura de conduto de soleira ao esquema de controle em cascata de pressão de corrente de acordo com os aspectos da revelação.

[030] A Figura 17C ilustra um esquema de controle 1C - esquema de controle de temperatura de coroa e conduto de soleira com um controlador de alimentação direta de controle de torre de ventilação de acordo com os aspectos da revelação.

[031] A Figura 18 mostra controladores de laço único com uma medição de oxigênio em excesso usada para detectar a transição de um regime de rico em combustível a pobre em combustível de acordo com os aspectos da revelação.

[032] A Figura 19 mostra uma representação esquemática de um controlador multivariável de acordo com os aspectos da revelação.

[033] A Figura 20 é um exemplo da matriz de relação que pode ser usada por Controle Preditivo de Modelo (MPC) em seu cálculo de controlador. X denota o modelo dinâmico entre a variável manipulada (MV) ou a variável de alimentação direta (FF) com a variável controlada correspondente (CV) de acordo com os aspectos da revelação.

[034] A Figura 21 é uma descrição de como o Controle Preditivo de Modelo funciona de acordo com os aspectos da revelação.

[035] A Figura 22 mostra a adição de uma ação de controle de alimentação direta de corrente de torre ao esquema de controle 1A para contrapor uma corrente de torre superior durante uma operação de compartilhamento de gás quando um gerador de vapor de recuperação de calor parar de funcionar de acordo com os aspectos da revelação.

[036] A Figura 23 ilustra um controle de gerador de vapor de recuperação de calor de acordo com os aspectos da revelação.

[037] A Figura 24 mostra a captura de tela exemplificadora 1: Tela de forno modificado.

[038] A Figura 25 mostra a captura de tela exemplificadora 2: Pop-up de controlador de amortecedor.

[039] A Figura 26 mostra a captura de tela exemplificadora 3: controlador de amortecedor.

[040] A Figura 27 mostra a captura de tela exemplificadora 4: Pop-Up de controle de pressão.

[041] A Figura 28 mostra a captura de tela exemplificadora 5: Controlador de pressão de forno - Teclado de ponto definido de pressão

[042] A Figura 29 mostra a captura de tela exemplificadora 6: Forno.

[043] A Figura 30 mostra a captura de tela exemplificadora 7: tela de visão geral de forno.

[044] A Figura 31 ilustra dados reais coletados a partir dos fornos de coque com o passar do tempo.

[045] A Figura 32 mostra um gráfico exemplificador de controle de temperatura de coroa.

[046] A Figura 33 ilustra sistemas de controle integrado exemplificadores.

[047] A Figura 34 ilustra um gráfico de desempenho de controle automático exemplificador.

[048] A Figura 35 mostra um exemplo de desempenho de controle automático.

[049] A Figura 36 mostra um protocolo de intervenção de queimador ou operador exemplificador.

[050] A Figura 37 mostra um ligamento/desligamento de controle automático exemplificador.

[051] A Figura 38 mostra um ajuste de controle automático exemplificador a partir da perspectiva do controlador.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[052] A presente tecnologia se refere, em geral, ao controle integrado de fornos de coque em uma usina de coque, incluindo usinas de coque de recuperação de calor horizontal (HHR), usinas de coque tipo colmeia, e usinas de coque de subprodutos, a fim de otimizar a taxa de coqueificação, recuperação de produto, subprodutos e consumo de calcário unitário. A taxa de coqueificação é definida como toneladas de carvão coqueificado/hora, eficiência energética definida como a produção de energia líquida (calor total produzido - calor consumido para produção de coque - perdas de calor). A recuperação de produto é definida como uma quantidade de coque produzido (toneladas) por quantidade de carvão consumido (toneladas) em uma base a úmido ou a seco. Os subprodutos são definidos por potência ou vapor. O consumo de calcário unitário é definido como toneladas de calcário consumido por tonelada de carvão carregado aos fornos.

[053] De acordo com uma modalidade exemplificadora da revelação, usinas de coque de recuperação de calor horizontal consistem em vários sistemas incluindo uma série de fornos de coque conectados entre si com um ou vários dutos de gás de combustão quente, várias unidades de gerador de vapor de recuperação de calor (HRSG) para gerar vapor a partir do calor residual de gás de combustão proveniente dos fornos. Em modalidades alternativas, a usina de coque pode incluir um gerador de turbina a vapor que gera potência a partir do vapor. Em ainda outras modalidades, a usina de coque pode incluir unidades de dessulfurização de gás de combustão para remover enxofre do gás de combustão e/ou uma câmara de filtragem para remover matéria particulada. Um diagrama esquemático é mostrado na Figura 1. De acordo com uma modalidade, toda a usina de coque é operada sob uma pressão negativa criada utilizando-se uma ventoinha de corrente induzida (ID) na torre. A otimização da usina de coque consiste na otimização de todos os sistemas individuais conectados entre si e submetidos a interações em e entre as diferentes unidades. No presente documento, descrevem-se vários esquemas de controle para um controle integrado de usinas de coque. Forno de coques:

[054] De acordo com os aspectos de uma modalidade, mais de cem fornos de coque podem ser incluídos em uma única usina de coque. Os fornos de coque são tipicamente divididos em várias baterias. Vários desses fornos de coque em cada bateria compartilham geradores de vapor de recuperação de calor. Por exemplo, de acordo com uma modalidade, uma usina de coque de 100 foros pode ter três baterias e pode haver um gerador de vapor de recuperação de calor a cada 20 fornos. De acordo com modalidades adicionais, podem existir mais ou menos fornos afiliados a cada gerador de vapor de recuperação de calor. Cada um dos fornos de coque são construídos iguais e se comportam de modo similar, embora cada forno de coque tenha algumas diferenças causadas pela formação de carbono, vazamentos de forno, carga, etc. Em operação, os fornos de coque podem ser carregados em um ciclo de 48 horas. Fornos ímpares são carregados um dia e fornos pares no dia seguinte. O carvão blindado com um conjunto particular de propriedades como teor de umidade, matéria volátil (VM), fluidez, etc. é carregado no forno e coqueificado por 48 horas. O calor para coqueificação em fornos de coque de recuperação de calor horizontal é fornecido pela matéria volátil que é liberada a partir do carvão. A matéria volátil consiste em alcatrão, hidrocarboneto, hidrogênio, monóxido de carbono e outros gases que são queimados no forno. Em fornos de recuperação de calor horizontal, os gases são queimados na seção de coroa no topo do carvão bem como sob o assoalho no conduto de soleira. Logo, a coqueificação do carvão acontece tanto a partir do topo da torta de coque como do fundo da torta de coque. O ar necessário para queimar a matéria volátil é fornecido na coroa utilizando-se orifícios de ar na porta, no teto da coroa (ar superior) ou a partir de uma superfície não móvel diferente na coroa de forno. O ar necessário para queimar a matéria volátil no conduto de soleira é fornecido a partir dos orifícios nas paredes de extremidade. Uma configuração de forno de recuperação de calor horizontal com orifícios de porta é mostrada na Figura 2. Na Figura 2 pode-se observar alguns detalhes sobre a configuração ilustrada. Especificamente, no ponto “1”, mostra-se um leito de carvão que absorve calor a partir do refratário e libera matéria volátil inflamável. O ponto “2” mostra o gás parcialmente queimado que é extraído através de tubos de escoamento descendentes nas paredes do forno. O ponto “3” mostra o gás que atravessa condutos de soleira abaixo do assoalho do forno onde ar secundário é adicionado através dos amortecedores de conduto de soleira. O ponto “4” mostra que o gás de combustão totalmente oxidado é extraído para admissões nas paredes do forno. O ponto “5” mostra que gás de conduto sai no topo de cada parede e se desloca por um amortecedor de tubo ascendente antes de entrar no túnel comum. O ponto “6” mostra o túnel comum que entrega gás de combustão quente a partir de múltiplos fornos a uma caldeira ou torre de ventilação. O ponto “7” mostra amortecedores de tubos ascendentes automatizados para controle de corrente de forno. O ponto “8” mostra amortecedores de orifício de porta para ar primário. Por fim, o ponto “9” mostra amortecedores de conduto de soleira para adição de ar secundário. A Figura 3 mostra a diferença entre o orifício de porta e a configuração de ar superior para fornecer o ar primário à seção de coroa do forno.

Otimização de forno de coque:

[055] Um aspecto da revelação consiste na formulação dos diferentes esquemas de controle para um controle de forno otimizado para otimizar a taxa de coqueificação, produto, recuperação de subproduto e consumo de calcário unitário. Isso será descrito em maiores detalhes abaixo.

Objetivos de otimização:

[056] Um objetivo de otimização do forno de coque consiste em maximizar o rendimento (definido como a quantidade de carvão que pode ser carregada e coqueificada em um lote), produção (definida como toneladas de coque produzido por tonelada de carvão carregado) e qualidade de coque (estabilidade, resistência de coque após reação (CSR) e tamanho médio). A química de coque, tamanho de coque, e resistência de coque (estabilidade) foram considerados como sendo os fatores mais importantes para avaliar o coque para uso em um alto-forno. No entanto, o índice de reatividade de coque (CRI) e CSR estão aumentando de importância visto que seu impacto no desempenho de alto-fornos vem sendo mais bem compreendido. Por exemplo, uma redução no consumo de coque durante a produção de metal quente pode ser vinculada a aumentos em valores de CSR. A magnitude de redução de taxa de coque varia com as alterações em tamanho de alto-forno e parâmetros operacionais. No entanto, estima-se que 0,9 a 2,26 kg (2 a 5 libras) de coque são economizadas por tonelada líquida de metal quente produzido para cada ponto que CSR aumenta.

[057] O rendimento é maximizado maximizando-se a taxa de coqueificação (definida como toneladas de carvão convertidas em coque por hora). A taxa de coqueificação pode ser otimizada otimizando-se os perfis de temperatura em coroa e conduto de soleira. A produção pode ser maximizada minimizando-se a perda de queima no forno (definida como a quantidade de coque queimado em um lote). Novamente, a produção pode ser otimizada otimizando-se os perfis de temperatura em coroa e conduto de soleira. Os perfis de temperatura em coroa e conduto de soleira afetam o tamanho do coque (coque inferior vs superior), estabilidade e CSR. Os objetivos de otimização são alcançados através do controle determinadas variáveis (denominadas variáveis de controle) manipulando-se manipulações disponíveis (denominadas como variáveis manipuladas) submetidas a restrições e distúrbios de sistema que afetam as variáveis controladas. Essas diferentes variáveis serão explicadas em maiores detalhes abaixo.

[058] Variáveis controladas (CVs): CVs são definidas como variáveis que são controladas a pontos definidos de usuário desejados para satisfazer os objetivos de otimização. A partir disso, a otimização do forno de coque envolve definir as trajetórias de perfil de temperatura de ponto definido e controlar os perfis de temperatura aos perfis de ponto definido ideais na coroa e nos condutos de soleira. As temperaturas são afetadas pela quantidade de oxigênio no forno, isto é, controle de combustão. Se a admissão de oxigênio no forno for correspondida à taxa de liberação de combustível (em matéria volátil), então, a temperatura pode ser maximizada (em outras palavras controlando a razão de combustível/ar). No entanto, não se mede a taxa de evolução de gás (e também a composição) nem o fluxo de ar ao forno. Portanto, um controle direto de combustível/ar (ou oxigênio) não é possível. No entanto, pode-se tentar um controle de retroinformações medindo-se as temperaturas e ajustando-se o oxigênio para maximizar a temperatura (ou controlando-se a um ponto definido desejado). Alternativamente, pode-se usar também um controle inferencial inferindo-se indiretamente a quantidade de gás (ar (em uma densidade particular) + matéria volátil) utilizando-se a corrente (ou pressão) no forno e controlando-se a temperatura controlando-se a corrente no forno movendo-se o amortecedor de orifício de portas, amortecedores de conduto de soleira (SF) ou amortecedores de tubo ascendente (que controlam a quantidade de ar).

[059] Logo, as variáveis controladas incluem temperaturas na coroa (centro, lado de impulso (PS) e lado de coque (CS)), temperaturas na soleira (PS e CS) e/ou corrente dentro do sistema de forno que incluiria a coroa, conduto de soleira, tubos de escoamento descendente, tubos de escoamento ascendente e tubos ascendentes aos blocos de amortecedor. As variáveis controladas podem ser controladas a um perfil de ponto definido (como temperaturas) ou mantidas em uma banda morta (isto é, corrente). De acordo com modalidades adicionais, uma variável controlada adicional pode ser a delta T entre as temperaturas de lado de coque e lado de impulso.

[060] Cariáveis manipuladas (MVs): MVs são definidas como variáveis que podem ser movidas independentemente pelo controlador a fim de controlar as variáveis controladas. As variáveis principais que podem ser manipuladas para controlar os fornos são tubos ascendentes de forno, os amortecedores de conduto de soleira e o orifício de porta ou amortecedores de orifício de ar superior no lado de impulso e no lado de coque.

[061] Variáveis de distúrbio (DVs) e variáveis de alimentação direta (FF): DVs são variáveis que induzem as variáveis controladas a se alterarem, mas não podem estar disponíveis para que o controlador as mova.

[062] Variáveis de alimentação direta (FF) são uma classe especial de DVs que podem ser medidas. Essa medição pode ser usada para prever alterações de variável controlada futuras que podem ser consideradas com alterações de variáveis manipuladas de compensação. Alguns exemplos de distúrbios são dados abaixo.

[063] Corrente de torre de ventilação de emergência (EVS): Conforme mostrado na Figura 1, o gás de combustão de cada conjunto de fornos em uma bateria (tipicamente 20 fornos) é conectado através de um túnel comum que envia o gás a um gerador de vapor de recuperação de calor correspondente. As variações em pressão (ou corrente) na torre de ventilação de emergência podem afetar a operação de todos os fornos nessa bateria. Por exemplo, se a corrente na torre de ventilação de emergência aumentar por 0,1 isso resultará em uma corrente aumentada para os fornos conectados ao mesmo e, logo, variará o fluxo de entrada de ar aos fornos para o mesmo tubo ascendente, orifício de porta e posição de amortecedor de conduto de soleira. Portanto, esse distúrbio afetará as temperaturas de todos os fornos e o operador ou sistema de controle precisa adotar uma ação a fim de contrapor o distúrbio e manter os fornos em controle. Logo, se a corrente de torre de ventilação de emergência puder ser ajustada em um valor particular e estritamente controlado, o mesmo aumenta consideravelmente a controlabilidade dos fornos.

[064] Orifícios de porta: Os orifícios de porta são usados como uma fonte principal para fornecer ar primário ou fonte secundária além dos orifícios de ar superior. Se os orifícios de porta forem manualmente controlados, então, eles podem ser tratados como distúrbios ao esquema de controle automático. Em outras palavras, se um operador abrir os orifícios de porta e permitir mais ar, o controlador o tratará como um distúrbio que afeta as variáveis controladas (tais como temperaturas ou corrente) e adotará uma ação com as outras variáveis manipuladas disponíveis (esses tubos ascendentes ou amortecedores de orifício de ar superior) para manter as variáveis controladas dentro de seus limites.

[065] Amortecedores de conduto de soleira (SF): Similar aos orifícios de porta, se os amortecedores de conduto de soleira não forem automatizados.

[066] Condições ambientes: Se as condições ambientes mudarem, isso afetará as propriedades da admissão de ar. Por exemplo, alterações de densidade, temperatura ou umidade do ar poderiam afetar as variáveis controladas.

[067] Alterações de propriedade de carvão: As propriedades do carvão carregado no forno podem mudar diariamente. Por exemplo, o teor de umidade, matéria volátil, fluidez, densidade aparente, etc. podem variar de um dia para outro. Essas atuam como distúrbios que afetam as variáveis controladas.

[068] Carregamento de carvão: O carvão é carregado utilizando-se uma máquina carregadora empurradora (PCM) por um operador. Os ajustes de máquina e velocidade de carregamento poderiam afetar o formato e nível do leito de carvão no forno. Por exemplo, uma velocidade desigual de carregamento poderia resultar em mais carvão no lado de impulso comparado ao lado de coque ou vice-versa. De modo similar, podem haver variações laterais. Um carregamento de leito de carvão desigual leva a uma evolução de matéria volátil desigual no forno e, portanto, atuaria como distúrbio são sistema de controle afetando as variáveis controladas.

[069] Restrições: As restrições são limites para as variáveis que precisam ser reconhecidas pelo sistema de controle e não podem ser violadas. As restrições que surgem a partir de limitações de segurança, ambiental, equipamento ou eficiência precisam ser incorporadas ao sistema de controle. Esses podem ser limites de temperatura (por exemplo, alto limite para evitar o derretimento dos tijolos do forno), limites de corrente (por exemplo, para evitar que a pressão do forno fique positiva levando à desgaseificação), ou limites de oxigênio (por exemplo, alto limite para evitar que o forno se resfrie devido ao ar em excesso). Os sistemas de controle são projetados para manipular essas restrições em uma forma priorizada.

Esquemas de controle:

[070] Conforme discutido anteriormente, os fornos de coque têm diversas variáveis controladas e manipuladas e são submetidos a vários distúrbios e restrições. Dependendo do nível de complexidade e resposta desejada, podem-se configurar esquemas de controle.

[071] Conforme mostrado na Figura 1, os fornos de coque estão na extremidade anterior do processo. No entanto, qualquer distúrbio a jusante poderia afetar todos os fornos a montante. Logo, para um bom controle dos fornos, é importante ter um bom controle de operações a jusante e, caso seja possível, dissociar as operações a jusante a partir dos fornos de coque para uma boa controlabilidade. Isso pode ser realizado caso a corrente de torre de ventilação de emergência seja mantida em um valor de ponto definido desejado. Os esquemas de controle para esse fim serão descritos primeiramente.

[072] Para o controle de fornos de coque, discutem-se, então, diversos esquemas de controle iniciando a partir de um simples controle de laço único a um controle avançado em cascata de múltiplos laços. Então, descreve-se o uso de um Controle Preditivo de Modelo (MPC) baseado em matriz multivariável de estado da técnica. Esquemas de controle de corrente de EVS - Dissociar o controle de forno de operações a jusante: Usina sem túnel de compartilhamento de gás:

[073] A Figura 4 mostra uma usina de forno com 1 gerador de vapor de recuperação de calor para cada um dos 20 fornos. Cada gerador de vapor de recuperação de calor (HRSG) tem uma válvula de controle de pressão associada (PCV) a jusante do gerador de vapor de recuperação de calor. Conforme mostrado na Figura 4, um PIC (controlador indicador de pressão) é usado para controlar a válvula de controle de pressão para manter a corrente de torre de ventilação de emergência em um ponto definido particular especificado pelo operador. Isso mantém a pressão a jusante dos fornos e garante que os fornos não sejam afetados por distúrbios em operações a jusante ou devido a ciclos de produção associados a diferentes fornos (a evolução de gás a partir dos fornos varia através do ciclo de coqueificação, afetando, assim, a corrente de torre de ventilação de emergência). Usina de coque com túnel de compartilhamento de gás (GS):

[074] A Figura 5 mostra uma vista esquemática de uma usina com um túnel de compartilhamento de gás adicional e um gerador de vapor de recuperação de calor redundante adicional. Esse esquema é usado em usinas onde se necessita evitar a ventilação a partir da torre de ventilação quando um gerador de vapor de recuperação de calor parar de funcionar. O túnel de compartilhamento de gás permite que o gás a partir do gerador de vapor de recuperação de calor que esteja fora de funcionamento seja enviado ao novo gerador de vapor de recuperação de calor redundante ao invés de ser exaurido à atmosfera a partir da torre de ventilação. Esse esquema conecta todos os geradores de vapor de recuperação de calor e, portanto, a interação entre os geradores de vapor de recuperação de calor aumenta consideravelmente durante a operação normal. Isso torna o controle da corrente de torre de ventilação de emergência ainda mais desafiador. O esquema normal (conforme mostrado na Figura 4) resultou nos PICs de diferentes geradores de vapor de recuperação de calor lutando uns contra os outros induzindo uma ciclização severa. Isso ocorre porque o gás de combustão, após a torre de ventilação de emergência, pode ir para o túnel de compartilhamento de gás ou para o gerador de vapor de recuperação de calor correspondente. A trajetória que o mesmo adota depende do que está acontecendo nos outros geradores de vapor de recuperação de calor assim como da sintonização dos controladores indicadores de pressão (PICs) (trajetória de menos resistência). Uma complexidade adicional é que qualquer variação de movimento de gás para dentro e fora do novo gerador de vapor de recuperação de calor redundante (HRSG #11 na Figura 5 situado no centro de todos os geradores de vapor de recuperação de calor) afeta todas as outras correntes de torre de ventilação de emergência e, portanto, causa um distúrbio a todos os PICs e, portanto, aos fornos. Os esquemas de controle serão discutidos abaixo para controlar efetivamente a corrente de torre de ventilação de emergência durante uma operação normal com gerador de vapor de recuperação de calor redundante e durante uma operação de compartilhamento de gás com qualquer um dos geradores de vapor de recuperação de calor fora de funcionamento. Controle de corrente de EVS durante a operação normal com todos os HRSGs funcionando Esquema de controle H1: PIC de corrente de EVS com #11 sob PIC de entrada

[075] Nesse esquema, as pressões da torre de ventilação de emergência individual, antes do ponto de conexão ao túnel novo, são controladas usando a válvula de controle de pressão a jusante correspondente de tal gerador de vapor de recuperação de calor conforme mostrado na Figura 5. A pressão de entrada de HRSG 11 pode ser controlada com sua válvula de controle de pressão. Existem dois desafios com esse esquema. Primeiro, quando HRSG 11 estiver sob PIC seu fluxo muda quando a produção ocorrer para qualquer uma das baterias (fornos sendo carregados). Isso porque existe mais gás e o PIC inicia a reação para manter a pressão. Visto que HRSG #11 se encontra no centro, qualquer movimento em #11 causa distúrbio de pressão em outros geradores de vapor de recuperação de calor induzindo todo os PICs a oscilarem e iniciarem a lutarem uns contra os outros para manter seu ponto definido. Em outas palavras, o sistema se torna altamente interativo. O segundo desafio é, a pressão que é controlada se encontra na torre, mas a válvula que é usada para PIC está a jusante do gerador de vapor de recuperação de calor e entre a torre e o gerador de vapor de recuperação de calor está conectado ao túnel de compartilhamento de gás. Logo, o gás pode ir para o túnel ou para o gerador de vapor de recuperação de calor. Logo, o PIC não consiste em um controle um a um, isto é, é difícil obter uma correlação direta entre o movimento de válvula e a pressão a ser usada em PIC. Descrevem-se outros esquemas abaixo para superar esses desafios. Esquema de controle H2: PIC de corrente de EVS com HRSG 11 sob FIC

[076] Com o intuito de superar o primeiro desafio mencionado no esquema H1, pode-se controlar o fluxo de massa (ou fluxo de vapor) a partir do gerador de vapor de recuperação de calor. Um medidor de fluxo de massa pode ser usado para medir o fluxo de gás de combustão através do gerador de vapor de recuperação de calor. Ter o gerador de vapor de recuperação de calor sob controle de fluxo garante um fluxo fixo através do gerador de vapor de recuperação de calor em todos os momentos (momentos de produção e não produção). Isso é como isolar o gerador de vapor de recuperação de calor e remover as interações causadas pelas mudanças de fluxo de gerador de vapor de recuperação de calor aos outros geradores de vapor de recuperação de calor. Esquema de controle H3: PIC de entrada de HRSG com HRSG 11 sob PIC de entrada

[077] Com o intuito de superar o segundo desafio mencionado no esquema de controle H1, a pressão de entrada do gerador de vapor de recuperação de calor, após o ponto de conexão, pode ser controlada. Isso serve como um esquema de PIC direto e um modelo entre a válvula de controle de pressão e a pressão de entrada do gerador de vapor de recuperação de calor pode ser prontamente obtida por métodos de coleta de dados de teste gradual. Um modelo melhor para o controle permite sintonizar o PIC de modo mais restrito garantindo um controle superior (incertezas de modelo tipicamente resultam ema sintonização ruim do controlador e, portanto, um fraco controle de pressão). É extremamente importante ter um controle bom e rígido da pressão individual do gerador de vapor de recuperação de calor a fim de evitar e minimizar a interação entre os diferentes geradores de vapor de recuperação de calor causados pelo túnel de compartilhamento de gás comum. Por exemplo, se os PICs forem sintonizados lentamente, quando existir gás em excesso causando o aumento de pressão, a válvula de controle de pressão irá reagir lentamente para permitir que o gás em excesso passa através do gerador de vapor de recuperação de calor. Agora, o gás em excesso começará a ir para outros geradores de vapor de recuperação de calor através do novo túnel de compartilhamento de gás. Portanto, isso afetará os outros PICs de gerador de vapor de recuperação de calor. De modo similar, se um PIC oscilar, outro PIC começará a oscilar. Portanto, para se ter uma boa operação com túnel de compartilhamento de gás, é importante ter o funcionamento dos PICs em conjunto. Esquema de controle H4: PIC de entrada de HRSG com HRSG 11 sob FIC

[078] Com o intuito de superar ambos os desafios descritos no esquema de controle H1, pode-se usar PICs de entrada de HSRG e FIC em #11. Controle de corrente de EVS durante a operação de GS com um HRSG fora de funcionamento

[079] Quando um dos geradores de vapor de recuperação de calor pararem de funcionar, dependendo de qual gerador de vapor de recuperação de calor, os pontos definidos (SP) de corrente para os geradores de vapor de recuperação de calor e o ponto definido de fluxo para #11 (se os esquemas de controle H2 ou H4 forem usados) precisam ser alterados de modo que o gás de combustão a partir do gerador de vapor de recuperação de calor que esteja fora de funcionamento possa ser enviado a outros geradores de vapor de recuperação de calor. O ponto definido de corrente e fluxo precisa ser escolhido cuidadosamente a fim de ter uma transição suave, minimizar as interações, estabilizar o sistema rapidamente e evitar qualquer abertura da torre de ventilação de emergência durante a transição. O ponto definido de corrente e fluxo para o esquema de controle H4 para diferentes cenários é mostrado na Tabela 1.

[080] A Figura 6 mostra as respostas das pressões de torre de ventilação de emergência quando um HRSG #6 diferente parar de funcionar usando o esquema de controle H3 e as Figuras 7 mostram as respostas das pressões de torre de ventilação de emergência quando HRSG #7 parar de funcionar usando os esquemas de controle H3 e H4 com pontos definidos na Tabela 1. Conforme se pode observar a partir das figuras, o sistema de controle H4 foi capaz de responder e estabilizar as pressões de torre de ventilação de emergência mais rapidamente (15 min comparado a 45 min) e sem ventilação causando uma quantidade menor de distúrbio aos fornos a montante. Ademais, os requerimentos de corrente para as torres também foram inferiores e a corrente mais superior tinha pelo menos 0,1 em WC inferior com o sistema de controle H4 comparado ao H3. Ter uma corrente inferior na torre de ventilação de emergência causa menos vazamentos de ar e, portanto, mantém o forno mais quente sem resfriar devido a ar em excesso. Fornos mais quentes implicam em uma taxa de coqueificação maior e evitam quaisquer retardos de coqueificação.

[081] As respostas de transição usando o esquema de controle H4 durante outros deslocamentos do gerador de vapor de recuperação de calor são mostradas abaixo.

SISTEMA DE CONTROLE DE PRESSÃO E TEMPERATURA DE FORNO

[082] Os fornos de fase II da usina Haverhill foram modificados a fim de controlar automaticamente a pressão dentro de cada forno enquanto mantém temperaturas de conduto de soleira similares de lado de impulso e lado de coque. Isso é realizado usando um sensor de pressão na coroa de cada forno, nas sondas de temperatura de conduto de soleira e sistemas de radar. Os sistemas de radar substituem os comutadores de proximidade e realizam a mesma função de monitorar a posição de amortecedor.

[083] A leitura do sensor de pressão de forno é usada por um controlador lógico programável (PLC) que envia um sinal aos amortecedores de tubo ascendente de forno a fim de manter a pressão de forno em um ponto definido predeterminado. A pressão e forno é controlada movendo-se os amortecedores de lado de coque e lado de impulso na mesma direção.

[084] As temperaturas de conduto de soleira são usadas por um controlador de PLC separado que envia um sinal aos amortecedores de tubo ascendente de forno a fim de manter as temperaturas de conduto de soleira de forno dentro de 100 graus entre si. Essa ação, denominada como tendência de temperatura, é realizada movendo-se os amortecedores de lado de coque e lado de impulso em direções opostas. Esse movimento força gases mais quentes a partir do lado cujo amortecedor está fechando ao lado cujo amortecedor está abrindo.

[085] Muito embora os amortecedores de saída sejam automaticamente controlados, os amortecedores de conduto de soleira e os amortecedores de porta podem continuar a serem controlados manualmente pelo queimador ou operador. As regras para ajuste dos amortecedores de conduto de soleira e os amortecedores de porta não se alterarão devido a essa modificação.

TELA HMI PARA CONTROLADOR DE AMORTECEDOR

[086] A Figura 24 mostra a captura de tela exemplificadora 1: Tela de forno modificado. A Figura 25 mostra a captura de tela exemplificadora 2: Pop-up de controlador de amortecedor. A Figura 26 mostra a captura de tela exemplificadora 3: controlador de amortecedor.

[087] Cada tela de forno (captura de tela exemplificadora 1 - Figura 24) foi modificada. Os indicadores de proximidade foram substituídos por indicadores de posição de radar. Os indicadores de posição de radar mostram as aberturas de amortecedor de lado de coque e lado de impulso e os pontos definidos que o sistema desejar. Acima de cada conjunto de leituras, há um botão que abre o controlador de amortecedor (captura de tela exemplificadora 2). Abaixo apresenta-se uma explicação das indicações na Figura 26.

[088] A. O botão superior do controlador coloca o controlador em modo automático ou manual. O sistema de controle de temperatura de conduto de soleira (tendência de temperatura) será ativo no ajuste automático e inativo no ajuste manual. A Figura 3 indica que o controlador se encontra em controle manual.

[089] B. o próximo botão trava e destrava o amortecedor. A condição é indicada à direita do travamento.

[090] C. A posição de amortecedor pode ser manualmente ajustada usando o menu suspenso SELECT, botão SET e o botão BEGIN MOVE. Quando clicado, a seta suspensa mostrará uma janela com valores variando de 2 a 14 polegadas. Após selecionar um valor, o botão SET é clicado. Quando CURR SETPT exibir o novo ponto definido, o botão BEGIN MOVE pode ser clicado. O movimento do amortecedor será indicado à direta do botão CLOSE (TRVL).

[091] D. O botão TEACH é usado para propósitos de manutenção e será clicado somente pela equipe de manutenção apropriada.

[092] E. O botão STOP pode ser clicado para finalizar o movimento de amortecedor.

[093] F. Pode ocorrer uma migração da abertura de amortecedor durante a operação. O sistema pode corrigir automaticamente essa derrapagem. Clicar o botão DRIFT ENBL habilitará ou desabilitará a correção automática para derrapagem. A correção de derrapagem funcionará em modo manual bem como em modo automático. Quando houver uma ocorrência de derrapagem à posição fechada ou aberta, a mesma é registrada na caixa de contagem de derrapagem. As contagens podem ser zeradas clicando-se o botão DRIFT COUNTER RESET.

[094] G. Existem três alarmes.

[095] 1. Falha de sensor/Valor ruim indicam que o sensor de pressão está fornecendo um valor fora de faixa. Essa falha fará com que o controlador de amortecedor comute para manual. O ajuste de amortecedor permanece na última posição antes da falha.

[096] 2. DMPR POS FLT (Falha de Posição de Amortecedor) indica que o sistema de indicação de posição de radar falhou. Essa falha fará com que o controlador de amortecedor comute para manual. O ajuste de amortecedor permanece na última posição antes da falha.

[097] 3. Derrapagem de DMPR (derrapagem de amortecedor) dispara um alarme quando a contagem de derrapagem exceder. Somente o alarme é disparado e não tem efeito sobre o sistema de controle.

[098] 4. Os alarmes podem ser zerados clicando-se o botão ALARM RESET.

[099] H. O botão CLOSE removerá a caixa de diálogo da tela.

TELA HMI PARA PONTO DEFINIDO DE CONTROLE DE PRESSÃO

[0100] Cada tela de forno também foi modificada para incluir um botão de ponto definido de pressão de forno. Quando o botão for clicado, a caixa de diálogo de controlador de pressão de forno aparecerá, conforme pode ser visto nas Figuras 27, 28 e 29 (captura de tela exemplificadora 4: Pop-Up de controle de pressão; captura de tela exemplificadora 5: Controlador de pressão de forno - Teclado de ponto definido de pressão; e captura de tela exemplificadora 6: Forno).

[0101] A caixa de diálogo mostra o ponto definido de pressão de forno atual. Para inserir um novo ponto definido, o notão SET é clicado. Isso abrirá o teclado de ponto definido (captura de tela exemplificadora 6).

[0102] O ponto definido deve ser um número negativo e estar dentro da faixa de -0,1 a -1,5. O novo ponto definido é inserido na janela New Value e, então, o botão OK é clicado. O novo ponto definido aparecerá na caixa de diálogo de controlador de pressão de forno. Clicar em CLOSE removerá a caixa de diálogo da tela.

OUTRAS MODIFICAÇÕES DE TELA HMI

[0103] Informações referentes à pressão de forno, modo de operação de amortecedor (automático ou manual), derrapagem de amortecedor (habilitado ou desabilitado) e tendência de temperatura (ativa ou inativa) estão disponíveis na tela de forno individual (captura de tela exemplificadora 1 - Fig. 24) e na tela de visão geral de forno, apresentada na Figura 30 (captura de tela exemplificadora 7: tela de visão geral de forno). A porcentagem de fornos que está em controle de pressão automático é indicada no tipo da tela de visão geral de forno. Um triângulo amarelo na posição de amortecedor da tela de visão geral indica que há uma falha na posição de sensor ou amortecedor.

Esquemas de controle de forno

[0104] Uma vez que o controle de gerador de vapor de recuperação de calor a jusante puder estabilizar as pressões de torre de ventilação de emergência, os fornos são praticamente desacoplados de operações a jusante e, portanto, podem ser independentemente controlados usando diferentes esquemas de controle discutidos abaixo. Ocorrem distúrbios quando um dos geradores de vapor de recuperação de calor para de funcionar visto que as torres de ventilação de emergência precisam operar em uma corrente diferente. Isso será manipulado no esquema de controle de forno utilizando-se uma ação de controle variável de alimentação direta que será discutida abaixo (no final dos esquemas de controle de forno).

Controle de laço único

[0105] Esses são controladores um-a-um independentes onde cada variável controlada é controlada por uma variável manipulada correspondente.

[0106] Esquema de controle 1: Nesse esquema, a temperatura de coroa de lado de coque é controlada usando os orifícios de porta de lado de coque ou orifícios aéreos superiores ou orifícios que estejam em qualquer superfície não móvel no lado de coque da coroa, a temperatura de coroa de lado de impulso é controlada usando orifícios de porta de lado de impulso ou orifícios aéreos superiores ou orifícios que estejam em qualquer superfície normalmente não móvel no lado de impulso da coroa, a temperatura de lado de coque de conduto de soleira (SF) é controlada pelo amortecedor de conduto de soleira de lado de coque, a temperatura de lado de impulso de conduto de soleira (SF) é controlada pelo amortecedor de conduto de soleira de lado de impulso e a corrente no forno medida pela célula de pressão de coroa é controlada pelos tubos ascendentes. Um diagrama esquemático do esquema de controle é mostrado na Figura 11.

[0107] O ponto definido (SP) para os controladores de temperatura e corrente como uma função de tempo é fornecido pelo usuário. As Figuras 12, 13 e 14 mostram algumas trajetórias típicas de ponto definido para coroa, temperaturas de conduto de soleira e corrente de coroa como uma função do ciclo de coqueificação de quarenta e oito horas que é fornecido pelo usuário ao sistema de controle. A temperatura e os controladores de corrente são ajustados para manter as variáveis próximas a essas trajetórias de ponto definido manipulando-se as variáveis manipuladas.

[0108] Nesse esquema, os controladores de temperatura tentam manter as temperaturas na coroa e no conduto de soleira, respectivamente. O controlador de corrente é um botão giratório que pode ser usado efetivamente para distribuir o calor à coroa ou ao conduto de soleira conforme desejado. Por exemplo, uma corrente de coroa superior significa que mais gás seria queimado na coroa em relação ao conduto de soleira e uma corrente inferior significa o oposto. Logo, deve-se tomar cuidado enquanto define as trajetórias ideais de ponto definido para a coroa, conduto de soleira e corrente de modo que os controladores não lutem entre si.

[0109] Uma variável para controlar nesse esquema de controle é a relação passível de alteração como passar do tempo entre o amortecedor e as mudanças de temperatura. Isso torna o ajuste do controlador de laço único (especialmente o controlador de tipo PID) bastante desafiador. Isso pode ser mais bem explicado pela relação de oxigênio em excesso (substituto para abertura de amortecedor) vs temperatura. A Figura 15 mostra o gráfico de oxigênio em excesso vs temperatura. Conforme observado a partir do gráfico quando oxigênio em excesso for menor que 0% (deficiente de oxigênio), um aumento no oxigênio resulta em um aumento na temperatura. Isso porque, como na parte inicial do ciclo de coqueificação onde a evolução de matéria volátil é superior, há mais combustível disponível (rico em combustível) do que o oxigênio fornecido para combustão. Logo, o aumento em oxigênio significa que mais combustível pode ser queimado e, portanto, a temperatura aumenta. Por outro lado, quando existir oxigênio em excesso conforme mostrado no lado direito do gráfico, um aumento em oxigênio resulta em uma redução na temperatura. Isso porque quando o fluxo de combustível se tornar inferior e houver oxigênio em excesso (ou ar), o aumento em oxigênio (ou ar) resulta no calor sendo absorvido pelo ar em excesso resultando na queda de temperatura. Logo, dependendo se a atmosfera for rica em combustível ou pobre em combustível, a variável manipulada (amortecedores) pode ter um efeito totalmente diferente nas variáveis controladas (temperaturas). Logo, o mesmo ajuste de controlador ou filosofia não pode ser usado para regimes ricos em combustível ou pobres em combustível. A questão é como detectar a transição do regime rico em combustível para o regime pobre em combustível? Uma abordagem se baseia na experiência de ciclos de lote passados. Tipicamente, essa transição ocorre nas primeiras seis a oito horas do lote. Logo, pode-se programar o controlador para comutar após oito horas a partir de um esquema rico em combustível a pobre em combustível. Outra abordagem, conforme descrito no esquema de controle 2, consiste em usar um analisador de oxigênio para detectar o oxigênio em excesso para produzir a comutação no controlador a partir do esquema rico em combustível a pobre em combustível. Uma terceira abordagem, por exemplo, seria perturbar os tubos ascendentes para cima ou para baixo por um pequeno grau e observar a resposta em temperatura. Com base nisso, pode-se detectar se é um regime rico em combustível ou pobre em combustível e usar o ajuste de controlador apropriado.

[0110] O tipo de controlador mais popular para um controlador de laço único é um controlador de derivada integral proporcional (PID). Outros tipos de controlador único que poderiam ser usados incluem um controlador de lógica fuzzy, outras variantes de controle de PID ou algoritmo definido por usuário referente às variáveis controladas a variáveis manipuladas.

[0111] Esquema de controle 1A: Se os orifícios de porta e os amortecedores de conduto de soleira não forem automatizados, então, o forno pode ser controlado utilizando-se apenas o controlador de pressão para controlar a pressão de coroa. O perfil de trajetória de ponto definido de pressão pode ser desenvolvido offline utilizando-se dados históricos prévios a partir dos fornos para corresponder a uma temperatura desejada do perfil de forno. Pode-se configurar, também, algum controlador substituto tal como um controlador de tendência de temperatura para controlar a diferença de temperatura entre as temperaturas de conduto de soleira de lado de coque e lado de impulso para garantir uma temperatura de conduto de soleira uniforme. Esse esquema é mostrado na Figura 16. Pode-se desenvolver, também, um esquema de controle em cascata avançado de temperatura a pressão conforme descrito no Esquema de Controle 1B.

[0112] Esquema de controle 1B: Se os orifícios de porta e os amortecedores de conduto de soleira não forem automatizados, o esquema de controle 1 pode ser modificado de modo que o controlador de temperatura possa ser disposto em cascata ao controlador de pressão de coroa. O controlador de temperatura pode ser configurado como um controlador de temperatura de coroa com uma trajetória de ponto definido definida para a temperatura de coroa ou pode ser um controlador de temperatura média de conduto de soleira (média de temperaturas de empurrador e conduto de soleira). O controlador de temperatura será o controlador principal gravando-se sua saída ao ponto definido do controlador de pressão de coroa subjacente. O controlador de pressão tentará manter o ponto definido necessário pelo controlador de temperatura utilizando-se os tubos ascendentes. Esses esquemas são mostrados nas Figuras 17A e 17B.

[0113] Deve-se notar que todos os esquemas de controle de forno anteriores podem ser implementados sem os PICs de corrente de coroa. Da mesma forma, o controlador de temperatura pode usar qualquer combinação dos elementos de PID, isto é, ações proporcionais, integrais ou derivadas junto a uma combinação de controlador de tendência de conduto de soleira. Um esquema desse tipo é mostrado no Esquema de Controle 1C.

[0114] Esquema de controle 1C: Esse esquema representa um esquema de controle avançado que consiste em uma combinação de controle de temperatura de coroa, controle de temperatura de conduto de soleira e um esquema de alimentação direta para compensar o efeito de variações de corrente de torre durante o cenário de compartilhamento de gás. Consiste basicamente em uma combinação dos esquemas de controle 1A e 1 B sem o controlador de pressão em cascata e a adição de componente de alimentação direta. Os detalhes do esquema de controle são mostrados no presente documento.

[0115] Esquema de Controle 2: Esse é similar ao esquema de controle 1 exceto pelo fato de que o analisador de oxigênio é usado para detectar a transição do regime rico em combustível ao regime pobre em combustível e os parâmetros de controlador são alterados para manipular o comutador. Esse esquema é mostrado na Figura 18.

Esquema de Controle 3: Controle multivariável

[0116] Ao invés de usar vários controladores de laço único que interagem entre si, pode-se usar um controlador multivariável puro tal como o Controle Preditivo de Modelo (MPC). Essa metodologia consiste em desenvolver modelos dinâmicos empíricos entre as variáveis manipuladas e as variáveis de distúrbio de alimentação direta (FF), e as variáveis controladas que usam dados dos fornos. Os dados podem ser obtidos seja a partir de dados históricos passados ou de um conjunto controlado de experimentos perturbando-se as variáveis manipuladas e as variáveis de distúrbio de alimentação direta ao redor de uma trajetória de operação nominal e coletando-se a resposta das variáveis controladas. Alternativamente, se existir um modelo não linear teórico fundamental do processo, então, o mesmo pode ser usado para obter os modelos dinâmicos lineares ao redor da trajetória nominal linearizando-se o modelo não linear ao redor da trajetória nominal ou perturbando-se o modelo não linear em uma simulação e obtendo as respostas. Desenvolve-se uma matriz que representa a relação entre as variáveis manipuladas, variáveis de alimentação direta e variáveis controladas. O Controle Preditivo de Modelo usa a matriz de relação e os dados passados em um horizonte de tempo, em cada instante de tempo “k”, para prever os perfis de variável controlada para um horizonte de tempo de predição futura. A derivação prevista a partir do perfil de ponto definido é, então, minimizada utilizando-se um programa de otimização calculando-se um conjunto de movimentos variáveis manipulados para um horizonte de tempo futuro (pode estar na extremidade do lote ou em um horizonte reduzido). O primeiro conjunto de movimentos variáveis manipulados é implementado. As Figuras 19, 20 e 21 mostram a representação esquemática de controle multivariável, exemplo de matriz de relações, e uma descrição de como o Controle Preditivo de Modelo funciona.

[0117] No quadro de Controle Preditivo de Modelo, o modelo de processo se altera entre ar (orifícios de porta, amortecedor de conduto de soleira, tubos ascendentes) e temperatura e pode ser manipulado comutando-se o modelo na matriz ou utilizando-se uma equação de ganho de variável no controlador. Novamente, o tempo de comutação pode ser decidido utilizando-se qualquer um dos métodos previamente descritos nos esquemas de controle de laço único.

OPERAÇÃO EXEMPLIFICADORA DE CONTROLE AUTOMÁTICO

[0118] Durante as primeiras três horas do ciclo de coqueificação, os amortecedores de tubo ascendente são mantidos totalmente abertos em 35,56 centímetros (14 polegadas). Após as primeiras três horas, os amortecedores de tubo ascendente são automaticamente controlados pela pressão de forno. O ponto definido de pressão é dependente do tempo que decorreu desde que o forno foi carregado. Uma programação de amostra de pontos definidos: Horas desde a cargaPonto definido de pressão • 3 horas a 12 horas = -0,381 cm (-0,15 pol) de água • 12 horas a 24 horas = -0,254 cm (-0,10 pol) de água • 24 horas a 42 horas = -0,203 cm (-0,08 pol) de água • 42 horas ao fim do cicloamortecedores de tubo ascendente fechados

[0119] Se a diferença entre o ponto definido e o valor de pressão atual indicar que os amortecedores de tubo ascendente devem ser ajustados, o PLC calcula a distância que os amortecedores devem ser movidos e reposiciona os amortecedores de tubo ascendente. O PLC aguardará 10 minutos para permitir que o forno se estabilize antes de outro movimento ser feito (caso seja necessário). O movimento mínimo é igual a 1,27 centímetro (% polegada). O movimento máximo é igual a 7,62 centímetros (3 polegadas).

[0120] A abertura de amortecedor de tubo ascendente é limitada durante o controle de pressão automática e esse limite é dependente do tempo que decorreu desde a carga do forno. O PLC não abrirá o amortecedor de tubo ascendente antes desse ponto mesmo se a distância calculada o fizer. Uma amostra de limites de tubo ascendente é: Horas desde a cargaLimite de abertura de amortecedor • 3 horas a 12 horas = 35,56 centímetros (14 polegadas) • 12 horas a 24 horas = 25,4 centímetros (10 polegadas) • 24 horas a 42 horas = 20,32 centímetros (8 polegadas) (se a temperatura de coroa for > 1.482°C (2.700°F) e uma temperatura de conduto de soleira for > 1.260°C (2.300°F)) = 15,24 centímetros (6 polegadas) (se a temperatura de coroa for < 1.482°C (2.700°F) ou ambas as temperaturas de conduto de soleira forem < 1.260°C (2.300°F))) • 42 horas ao fim do ciclo = 5,08 centímetros (2 polegadas)

[0121] A tendência de temperatura usa a diferença entre as temperaturas de conduto de soleira de lado de coque e lado de impulso. Se a diferença nas temperaturas exceder 37°C (100°F), o PLC calcula a distância que os amortecedores de tubo ascendente devem ser movidos e reposiciona os amortecedores de tubo ascendente. Os amortecedores de tubo ascendente são movidos em direções opostas. Esse movimento força gases mais quentes a partir do lado mais quente (cujo amortecedor está fechando) ao lado mais frio (cujo amortecedor está abrindo). O PLC aguardará 60 minutos para permitir que o forno se estabilize antes de outro movimento ser feito (caso seja necessário). O movimento mínimo é igual a 1,27 centímetro (% polegada). O movimento máximo é igual a 7,62 centímetros (3 polegadas). O PLC não abrirá o amortecedor de tubo ascendente além do limite de abertura de amortecedor.

AJUSTES MANUAIS PELO QUEIMADOR OU OPERADOR DURANTE O CONTROLE DE PRESSÃO

[0122] Os amortecedores de conduto de soleira e os amortecedores de porta continuarão a serem manualmente controlados pelo queimador ou pelo operador. Após a carga de carvão, a temperatura de coroa deve ser 1.037 a 1.148°C (1.900 a 2.100 °F) e a temperatura de conduto de soleira deve ser 1.093 a 1.482°C (2.000 a 2.700 °F). A diretriz para amortecedores de porta durante as primeiras 20 horas do ciclo de coqueificação é: Temperatura de conduto de soleiraAmortecedores de porta Menor que 1.371°C (2.500°F)0 aberto 1.371°C a 1.426°C (2.500°F a 2.600°F) 1 aberto 1.426°C a 1.482°C (2.600°F a 2.700°F) 2 abertos 1.482°C (2.700°F) ou maior3 abertos

[0123] Em 20 horas a temperatura de coroa deve ser igual a 1.371°C (2.500°F) ou maior e todos os amortecedores de porta fechados. As temperaturas de coroa devem ser periodicamente verificadas e controladas à faixa de operação normal visto que qualquer combustão incompleta na coroa resultará em temperaturas de conduto de soleira maiores. Em um empurrador, a temperatura de coroa deve ser igual a 1.315 a 1.426°C (2.400 a 2.600°F) e as temperaturas de conduto de soleira iguais a 1.148 a 1.260°C (2.100 a 2.300°F).

[0124] A temperatura máxima de coroa e a temperatura máxima de conduto de soleira são iguais a 1.537°C (2.800°F). Se a temperatura de coroa alcançar 1.510°C (2.750°F) e continuar a subir, reduzir a corrente para desacelerar a elevação de temperatura. A corrente pode ser reduzida aumentando-se o ponto definido de pressão de forno. O queimador ou operador podem substituir o ponto definido de pressão predeterminado seguindo-se as instruções declaradas na TELA HMI PARA PONTO DEFINIDO DE CONTROLE DE PRESSÃO. Exemplo de substituição de ponto definido de pressão:

[0125] O ponto definido atual é -0,254 cm (-0,1 polegadas) de água no forno 102, mas em 20 horas, o forno é lento no ciclo e o queimador ou operador determina que é provável executar mais do que o tempo de ciclo normal. O queimador ou operador, enquanto ainda estiverem em controle de pressão, ajusta a pressão de coroa para aumentar a corrente dentro do forno individual ajustando-se o ponto definido de pressão a -0,381 cm (-0,15 polegada) de água (um aumento de -1,27 cm (-0,05 polegada) em corrente). Em 24 horas, o sistema reiniciará automaticamente o ponto definido para -0,203 cm (-0,08 polegada) de água (consulte a programação de ponto definido mostrada acima). O queimador ou operador precisarão determinar se deve-se ajustar o ponto definido novamente nesse momento.

[0126] O queimador ou operador pode abrir um amortecedor de forno mais que o outro amortecedor de forno. Isso pode ser necessário para controlar as temperaturas de conduto de soleira. Isso pode ser realizado seguindo-se as instruções declaradas no item C da TELA HMI PARA CONTROLADOR DE AMORTECEDOR. Exemplo de tendência de amortecedores de forno:

[0127] O queimador ou operador extingue realiza um golpe e precisa se aproximar do lado de impulso. Por experiencia, o queimador ou operador sabe que os amortecedores precisam ser ajustados para evitar uma grande diferença em temperaturas de conduto de soleira. Quando o queimador ou operador voltar à sala de controle, o queimador ou operador colocar o controlador de amortecedor em modo manual. O queimador escolhe a abertura de amortecedor apropriada a partir de um menu suspenso e move o amortecedor para tal abertura. O controlador de amortecedor é colocado de volta em modo automático e os controles automáticos começam a partir do novo ponto definido antes de ajustar novamente.

[0128] A diferença máxima de temperatura entre a temperatura de conduto de soleira de lado de coque e a temperatura de conduto de soleira de lado de impulso é de 93°C (200°F). As temperaturas de conduto de soleiras devem ser reequilibradas para evitar essa condição. Se o reequilíbrio for necessário, as etapas a seguir devem ser tomadas:

[0129] Primeira ação: ajustar o ponto definido de pressão de forno à leitura de pressão de forno real. Isso pode ser realizado seguindo-se as instruções declaradas na TELA HMI PARA PONTO DEFINIDO DE CONTROLE DE PRESSÃO. Verificar e ajustar os amortecedores de porta e conduto de soleira conforme necessário para auxiliar no equilíbrio da temperatura.

[0130] Segunda ação: aguardar 20 minutos. Se a temperatura começar a reequilibrar, NÃO FAZER NADA. Quando as temperaturas de conduto de soleira estiverem dentro de 37°C (100°F), começar a escalonar o ponto definido de pressão de forno de volta para onde ela estava antes da condição NTE ocorrer. Reportar a ação adotada e os resultados ao gerente de reposicionamento.

[0131] Terceira ação: Se a temperatura não começar a reequilibrar dentro de 20 minutos ou se a diferença de temperatura de conduto de soleira alcançar 176°C (350°F) antes de 20 minutos terem decorrido, colocar ambos os controles de amortecedor em modo manual. O queimador ou operador deve ajustar manualmente os amortecedores de tubo ascendente usando as instruções declaradas no item C da TELA HMI PARA CONTROLADOR DE AMORTECEDOR. O queimador ou operador também devem ajustar os amortecedores de porta e conduto de soleira conforme a necessidade. Quando a diferença de temperatura for reduzida para 37°C (100°F), ambos os controles de amortecedor podem ser colocados volta em modo automático e o ponto definido de pressão de forno retornado para onde estava antes da condição NTE ocorrer. Pode ser necessário propelir os amortecedores de tubo ascendente a fim de manter a temperaturas de conduto de soleira equilibradas. Isso pode ser realizado seguindo-se o Exemplo anterior de propensão de amortecedores de forno. O queimador ou operador deve monitorar o forno e ajustar os amortecedores de porta e conduto de soleira conforme a necessidade. O queimador ou operador deve reportar todas as ações tomadas e os resultados ao gerente de reposicionamento.

RESPOSTA DO QUEIMADOR OU OPERADOR A ALARMES

[0132] Os alarmes listados no item G da TELA HMI PARA CONTROLADOR DE AMORTECEDOR requerem as respostas a seguir a partir do queimador ou operador.

[0133] • Falha do sensor/Valor ruim fará com que o controlador de amortecedor comute para manual com o amortecedor permanecendo em sua última posição. O queimador ou operador deve controlar manualmente o amortecedor usando as instruções declaradas no item C da TELA HMI PARA CONTROLADOR DE AMORTECEDOR. O queimador ou operador deve entrar em uma ordem de trabalho de emergência para reparar o sensor de pressão.

[0134] • DMPR POS FLT (Falha de Posição de Amortecedor) fará com que o controlador de amortecedor comute para manual com o amortecedor permanecendo em sua última posição. O queimador ou operador deve controlar manualmente o amortecedor usando as instruções declaradas no item C da TELA HMI PARA CONTROLADOR DE AMORTECEDOR. O queimador ou operador deve entrar em uma ordem de trabalho de emergência para reparar o sistema de posicionamento de radar.

[0135] • Derrapagem de DMPR (derrapagem de amortecedor) não tem efeito sobre o sistema de controle. O queimador ou operador deve inserir uma ordem de trabalho para inspecionar e reparar a conexão de amortecedor.

[0136] Primeira ação: ajustar o ponto definido de pressão de forno à leitura de pressão de forno real. Isso pode ser realizado seguindo-se as instruções declaradas na TELA HMI PARA PONTO DEFINIDO DE CONTROLE DE PRESSÃO. Verificar e ajustar os amortecedores de porta e conduto de soleira conforme necessário para auxiliar no equilíbrio da temperatura.

[0137] Segunda ação: aguardar 20 minutos. Se a temperatura começar a reequilibrar, NÃO FAZER NADA. Quando as temperaturas de conduto de soleira estiverem dentro de 37°C (100°F), começar a escalonar o ponto definido de pressão de forno de volta para onde ela estava antes da condição NTE ocorrer. Reportar a ação adotada e os resultados ao gerente de reposicionamento.

[0138] Terceira ação: Se a temperatura não começar a reequilibrar dentro de 20 minutos ou se a diferença de temperatura de conduto de soleira alcançar 176°C (350°F) antes de 20 minutos terem decorrido, colocar ambos os controles de amortecedor em modo manual. O queimador ou operador deve ajustar manualmente os amortecedores de tubo ascendente usando as instruções declaradas no item C da TELA HMI PARA CONTROLADOR DE AMORTECEDOR. O queimador ou operador também devem ajustar os amortecedores de porta e conduto de soleira conforme a necessidade. Quando a diferença de temperatura for reduzida para 37°C (100°F), ambos os controles de amortecedor podem ser colocados volta em modo automático e o ponto definido de pressão de forno retornado para onde estava antes da condição NTE ocorrer. Pode ser necessário propelir os amortecedores de tubo ascendente a fim de manter a temperaturas de conduto de soleira equilibradas. Isso pode ser realizado seguindo-se o Exemplo anterior de propensão de amortecedores de forno. O queimador ou operador deve monitorar o forno e ajustar os amortecedores de porta e conduto de soleira conforme a necessidade. O queimador ou operador deve reportar todas as ações tomadas e os resultados ao gerente de reposicionamento. Resposta do queimador ou operador a alarmes:

[0139] Os alarmes listados no item G da TELA HMI PARA CONTROLADOR DE AMORTECEDOR requerem as respostas a seguir a partir do queimador ou operador.

[0140] • Falha do sensor/Valor ruim fará com que o controlador de amortecedor comute para manual com o amortecedor permanecendo em sua última posição. O queimador ou operador deve controlar manualmente o amortecedor usando as instruções declaradas no item C da TELA HMI PARA CONTROLADOR DE AMORTECEDOR. O queimador ou operador deve entrar em uma ordem de trabalho de emergência para reparar o sensor de pressão.

[0141] • DMPR POS FLT (Falha de Posição de Amortecedor) fará com que o controlador de amortecedor comute para manual com o amortecedor permanecendo em sua última posição. O queimador ou operador deve controlar manualmente o amortecedor usando as instruções declaradas no item C da TELA HMI PARA CONTROLADOR DE AMORTECEDOR. O queimador ou operador deve entrar em uma ordem de trabalho de emergência para reparar o sistema de posicionamento de radar.

[0142] Derrapagem de DMPR (derrapagem de amortecedor) não tem efeito sobre o sistema de controle. O queimador ou operador deve inserir uma ordem de trabalho para inspecionar e reparar a conexão de amortecedor. Controle de alimentação direta para rejeitar o distúrbio de alteração de corrente de EVS:

[0143] Conforme mencionado anteriormente, apesar de o controle de gerador de vapor de recuperação de calor desacoplar o controlador de forno de operações a jusante, quando um dos geradores de vapor de recuperação de calor parar de funcionar, o ponto definido de corrente de torre de ventilação de emergência precisa ser alterado para o novo modo de operação. Isso pode induzir um distúrbio aos fornos que faria as temperaturas de coroa e conduto de soleira mudarem. O controle de retroinformações conforme mostrado nos esquemas de controle de forno pode ser muito lento para reagir visto que as temperaturas dos fornos podem levar muito tempo para responder devido à inércia inicial. Quando as temperaturas responderem, pode ser muito tarde para o controle de retroinformações mover os tubos ascendentes para compensar (por exemplo, fornos já podem ter sido resfriados e um deles pode ter perdido todo o gás de combustão necessário para mantê-lo aquecido). A fim de contrapor efetivamente esse distúrbio, pode-se adicionar uma ação de controle de alimentação direta onde o operador pode começar a fechar os tubos ascendentes quando o ponto definido de corrente tiver aumentado em antecipação de resfriamento de forno. Isso é mostrado na Figura 22 para o esquema de controle 1A. Esse ajuste pode ser aplicado a todos os esquemas de controle discutidos anteriormente.

[0144] Em operação, a operação de forno ideal consiste em implementar um forno totalmente automatizado usando a coroa, o conduto de soleira e os amortecedores de tubo ascendente para controlar os perfis de temperatura da coroa e condutos de soleira aos perfis desejados. O uso de esquemas de controle de laço único ou multivariável dependeria do grau de interação, capacidade de rejeitar diferentes distúrbios e o desempenho do controlador em manter a variável controlada a sua trajetória.

[0145] Se todas as variáveis manipuladas não estiverem disponíveis para controle, então, um esquema alternativo com um conjunto reduzido de variáveis manipuladas pode ser usado. Por exemplo, qualquer um dos esquemas de controle 1, 1A, 1B, 2 ou 3 poderia ser usado com um conjunto reduzido de variáveis manipuladas. Se determinadas variáveis não forem usadas como variáveis manipuladas, elas podem ser tratadas como distúrbios quando forem movidas manualmente. Controle de HRSG

[0146] Ao invés de ter um gerador de vapor de recuperação de calor sob controle de fluxo e todos os outros geradores de vapor de recuperação de calor sob controle de pressão conforme mostrado em um sistema de controle H4, pode-se reverter e ter um gerador de vapor de recuperação de calor sob controle de pressão e todos os outros geradores de vapor de recuperação de calor sob controle de fluxo. Esse esquema alternativo ajudará a distribuir o fluxo entre o gerador de vapor de recuperação de calor aos valores específicos de usuário e permitir que um gerador de vapor de recuperação de calor atue como um flutuador para absorver variações de pressão. Esse esquema será útil quando a torre de ventilação de emergência for separada do gerador de vapor de recuperação de calor conforme mostrado na Figura 23. Ar primário e ar secundário para combustão

[0147] A localização dos orifícios na coroa e conduto de soleira pode variar. Por exemplo, se o design da porta for um design de duas peças com a porção superior sendo fixada e a porção inferior removível, então, os orifícios de porta para o ar primário podem ser colocados na seção superior da porta fixada e, portanto, o hardware de automação de amortecedor pode ser facilmente montado para controlar o fluxo de ar primário. Alternativamente, ao invés da coroa, os orifícios de ar primário também podem ser localizados nos lintéis no topo próximo aos orifícios de porta. De modo similar, para ar secundário, a localização dos orifícios no conduto de soleira pode ser diferente. Por exemplo, pode-se os orifícios no fundo do conduto de soleira ao invés de nas paredes de extremidade. Uma combinação de diferentes localizações também é possível. Os orifícios estarão tipicamente em qualquer superfície não removível, mas também pode ser possível tê-los em superfícies removíveis e automatizá-los. Independentemente de onde os orifícios estão, o esquema de controle descrito anteriormente se aplica.

[0148] Combinações de esquema de controle: Os esquemas de controle descritos anteriormente podem ser combinados de diferentes formas. Por exemplo, pode-se ter uma combinação de controladores de laço único e multivariável na camada superior em cascata aos controladores de laço único nas camadas inferiores. Ademais, a transição de rico em combustível para pobre em combustível ocorre na coroa e no conduto de soleira. Portanto, o esquema de detecção para transição se aplica ao controle de temperatura de coroa e conduto de soleira.

[0149] Da mesma forma, nos esquemas de controle de forno com as configurações de ar superior, podem-se usar TICs individuais para variar cada orifício de ar superior independentemente ou usar uma tubulação comum para controlar as posições de orifício iguais em cada lado (conforme mostrado nas Figuras 11 e 18) ou qualquer combinação. Leituras de dados de controle exemplificadores a partir do forno

[0150] Na Figura 31, pode-se observar dados reais coletados a partir dos fornos de coque com o passar do tempo. Sistema de consultoria pericial: Um operador pode usar as informações das tendências de temperatura e posições de tubo ascendente para criar um sistema de consultoria pericial para os operadores usarem ao adotar ações manuais seja no lote atual ou em lotes futuros. Isso será especialmente útil se esquemas de controle de forno 1A, 1B ou 1C forem usados. Por exemplo, uma página de consultoria pericial pode se parecer com aquela mostrada abaixo na Tabela 2

Tabela 2: Gráfico de sistemas de consultoria pericial

[0151]A Tabela 2 ilustra um sistema de consultoria pericial para auxiliar queimadores ou operadores em fazer alterações a lotes atuais e futuros com base nas respostas de temperatura com controle automático de tubos ascendentes. O controle ideal dos fornos de coque permitirá que o operador minimize as variações de qualidade de lote a lote, aperfeiçoar a produção e rendimento do produto e maximize a geração de vapor/potência usando o gás de combustão.

[0152] Em fornos de coque de recuperação de calor horizontal com controle manual, os operadores devem extinguir os fornos de coque e considerar manualmente o coque e ajustar os amortecedores de porta e conduto de soleira. Eles também observam o perfil de temperatura da coroa e condutos de soleira para fazer alguns ajustes aos amortecedores. Os tubos ascendentes são ajustados em uma posição fixa específica com base no tempo no ciclo. Isso se baseia na experiência de controlar a corrente e perfil de temperatura. No entanto, um controle automático remove as inconsistências causadas pelo queimador a operações de queimador. Ademais, a automação permite que o sistema faça alterações em uma frequência maior (por exemplo, a cada minuto ou similar) em relação a alterações humanamente impossíveis para operadores o fazerem. Adicionalmente, quando houver uma interação entre os sistemas (por exemplo, entre os fornos e o gerador de vapor de recuperação de calor) é difícil que os operadores calculem o conjunto ideal de movimentos a serem realizados. É mais fácil que um programa computadorizado calcule e sugira os movimentos ideais.

[0153] Um controle automático permite operações próximas a restrições. A operação no limite de restrição permite uma rentabilidade aumentada tendo melhores eficiências. Isso também ajuda a aperfeiçoar o controle ambiental. Por exemplo, pode-se programar facilmente pontos definidos de corrente variável para o sistema de controle dependendo do ciclo de produção para eliminar a desgaseificação causada por pressão positiva em um ponto particular no ciclo.

[0154] De acordo com aspectos da revelação, uma usina de coque poderia operar em vários modos, por exemplo, um modo inicial sem um sistema de compartilhamento de gás instalado, com uma operação de corrente baixa normal, e usando o sistema de perfil de temperatura para otimizar o sistema. Alternativamente, a usina de coque poderia funcionar em um modo de sistema de compartilhamento de gás com uma operação de corrente baixa normal em que o sistema de controle de gerador de vapor de recuperação de calor é usado para equilibrar a corrente e o sistema de perfil de temperatura é usado para otimizar o sistema. Em ainda outras modalidades, a usina de coque pode operar em um modo de transição de compartilhamento de gás em que o sistema transiciona para um compartilhamento de gás de corrente alta e tem um sistema de controle que altera automaticamente a posição do tubo ascendente. De acordo com esse modo, o sistema entra em atividade quando ocorrerem transições ao modo de compartilhamento de gás, por exemplo, no caso de uma perda não planejada de um gerador de vapor de recuperação de calor. Em ainda outras modalidades, a usina de coque pode operar em uso do sistema de compartilhamento de gás para operar em um modo de corrente alta de compartilhamento de gás usando o gerador de vapor de recuperação de calor para equilibrar a corrente e usar o sistema de controle de temperatura para otimizar a temperatura.

[0155] Os resultados experimentais confirmam os efeitos de controle descritos no presente documento. A compensação de controle de componente integrado da temperatura de conduto de soleira, da temperatura de coroa e do controle de alimentação direta na corrente de torre se combinam para produzir um sistema otimizado com uma produção superior, rendimento mais rápido e subproduto aumentado. Resultados experimentais Ajustes de controle exemplificadores para componentes integrados • 3 esquemas de controle: tendência de temperatura de conduto de soleira, temperatura de coroa, corrente de torre • tendência de temperatura de conduto de soleira - sempre manter os condutos de soleira dentro de 10°C (50°F) • controle de temperatura de coroa - Quando a temperatura da coroa começar a se deteriorar, os tubos ascendentes começarão a se fechar - controle de alimentação direta para corrente de torre ao longo de todo o tempo - se a pressão de torre aumentar, os tubos ascendentes se fecharão para reduzir impacto de corrente superior no forno - tendência de SF e temperatura de coroa são desativados quando os fornos adjacentes forem carregados - os controles são desativados por 1,25 horas Controle de tendência de conduto de soleira exemplificadores para um componente integrado • -17 a 10°C (0 a 50°F) de diferença: não fazer nada • 10 a 37°C (50 a 100°F) de diferença: 2,54 cm (1”) mover em direções opostas • 37 a 65°C (100 a 150°F) de diferença: 5,08 cm (2”) mover em direções opostas • > 65°C (150°F) de diferença: 7,62 cm (3”) mover em direções opostas • separação máxima permissível entre os amortecedores é 6" • Se TC ler acima de 1.648°C (3.000°F) ou abaixo de 537°C (1.000°F), tendência de SF desligará

[0156] Na Figura 32, mostra-se um gráfico exemplificador de controle de temperatura de coroa. Controle de alimentação direta exemplificador • Tubo ascendente se move = mudança de corrente Gain*e-stack • Visa reduzir o impacto de alta corrente em fornos quando estiver no modo de compartilhamento de gás • sempre • atualmente aplicado somente em torre e dois fornos vizinhos (dentre os fornos de teste somente em 150 e 152) • acionado somente se a corrente atual for maior que -0,7 • Se a corrente aumentar (digamos de -0,6 para -0,75) o mesmo fechará os tubos ascendentes • Se a corrente diminuir após aumentar, o mesmo abrirá os tubos ascendentes de volta (a abertura dos tubos ascendente é desabilitada após 36 horas) - Ganho: ajustar o conjunto de parâmetros por engenharia com base nos dados de teste. Pode ser alterado somente pelo engenheiro de suporte

[0157] Na Figura 33, mostram-se sistemas de controle integrado exemplificadores. Na Figura 34, mostra-se um gráfico de desempenho de controle automático exemplificador. Na Figura 35, mostra-se um exemplo de desempenho de controle automático. Na Figura 36, mostra-se um protocolo de intervenção de queimador ou operador exemplificador. Na Figura 37, mostra-se um ligamento/desligamento de controle automático exemplificador. Por fim, na Figura 38, mostra-se um ajuste de controle automático exemplificador a partir da perspectiva do controlador.

[0158] Conforme utilizado no presente documento, os termos “aproximadamente,” “cerca de,” “substancialmente” e termos similares são destinados a terem um significado abrangente em harmonia com a utilização comum e aceita por indivíduos versados na técnica à qual a matéria desta revelação pertence. Deve-se compreender por parte dos indivíduos versados na técnica que analisaram esta revelação que esses termos são destinados a permitirem uma descrição de determinados recursos descritos e reivindicados sem restringir o escopo desses recursos às faixas numéricas precisas fornecidas. De modo correspondente, esses termos devem ser interpretados indicando que modificações ou alterações insubstanciais ou inconsequentes da matéria descrita devem ser consideradas como estando no escopo da revelação.

[0159] Deve-se notar que o termo “exemplificador(a)” conforme o uso em questão para descrever várias modalidades é destinado a indicar que essas modalidades são possíveis exemplos, representações e/ou ilustrações de possíveis modalidades (e esse termo não é destinado a conotar que essas modalidades são necessariamente exemplos extraordinários ou superlativos).

[0160] Deve-se notar que a orientação de vários elementos pode diferir de acordo com outras modalidades exemplificadoras, e que essas variações são destinadas a serem abrangidas pela presente revelação.

Exemplos

[0161] Os Exemplos a seguir são ilustrativos de diversas modalidades da presente tecnologia.

[0162] 1. Sistema para integrar o controle de um forno de coqueificação, sendo que o sistema compreende: uma câmara de forno tendo aberturas de ar controláveis, sendo que a câmara de forno é configurada para operar em um perfil de temperatura, em que a abertura e/ou fechamento das aberturas de ar são controláveis como variáveis manipuladas responsáveis pelas trajetórias ideais de perfil de temperatura de ponto definido na câmara de forno como uma variável controlada no sistema; um tubo ascendente em comunicação fluídica com a câmara de forno; o amortecedor de tubo ascendente controlável como uma variável manipulada responsável por uma mudança no perfil de temperatura do forno como uma variável controlada; em que as variáveis controladas e as variáveis manipuladas controlam a otimização de uma taxa de coqueificação, uma eficiência energética do sistema, rendimento de produto e subprodutos.

[0163] 2. Sistema, de acordo com o exemplo 1, em que a câmara de forno inclui uma coroa e condutos de soleira e a variável controlada inclui controlar a temperatura na coroa, nos condutos de soleira, e/ou corrente na coroa.

[0164] 3. Sistema, de acordo com o exemplo 2, em que a câmara de forno e/ou o conduto de soleira incluem um lado de impulso e um lado de coque e em que a variável controlada inclui controlar um diferencial de temperatura entre o lado de impulso e o lado de coque.

[0165] 4. Sistema, de acordo com o exemplo 1, em que as aberturas de ar consistem pelo menos em um amortecedor de conduto de soleira, amortecedor de orifício de porta, ou um amortecedor de orifício de ar superior na coroa, em que as variáveis manipuladas incluem abrir e fechar o tubo ascendente, amortecedor de conduto de soleira, amortecedor de orifício de porta ou amortecedor de orifício de ar superior em resposta às trajetórias de perfil de temperatura na câmara de forno.

[0166] 5. Sistema, de acordo com o exemplo 1, que compreende, ainda, um túnel comum, geradores de vapor de recuperação de calor e uma torre de ventilação de emergência em comunicação fluídica com o forno, sendo que os geradores de vapor de recuperação de calor incluem uma válvula de controle de pressão configurada para manter uma corrente no sistema.

[0167] 6. Sistema, de acordo com o exemplo 1, que compreende, ainda, um túnel comum, um túnel de compartilhamento de gás, uma pluralidade de geradores de vapor de recuperação de calor e uma torre de ventilação de emergência em comunicação fluídica com o forno, sendo que a pluralidade de geradores de vapor de recuperação de calor é configurada para equilibrar a corrente no túnel de compartilhamento de gás.

[0168] 7. Sistema, de acordo com o exemplo 6, em que pelo menos um dos geradores de vapor de recuperação de calor inclui um medidor de fluxo de massa para medir o fluxo de gás de escape através dos geradores de vapor de recuperação de calor.

[0169] 8. Método para otimizar a operação de uma usina de coque, que compreende: operar uma pluralidade de fornos de coque para produzir coque e gases de escape, em que cada forno de coque compreende uma coroa e um conduto de soleira adaptado para operar em uma faixa de temperatura determinada, sendo que a coroa e o conduto de soleira incluem aberturas controláveis para introduzir ar, em que cada forno de coque compreende um amortecedor de tubo ascendente adaptado para controlar uma corrente de forno no forno de coque; direcionar os gases de escape a partir de cada forno de coque a um túnel comum; conectar fluidicamente uma pluralidade de geradores de vapor de recuperação de calor ao túnel comum; operar todos os geradores de vapor de recuperação de calor e dividir os gases de escape de modo que uma porção dos gases de escape flua a cada um dos geradores de vapor de recuperação de calor; controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente de cada forno de coque para manter a corrente de forno de cada forno de coque em uma banda morta de uma corrente de forno almejada; e controlar automaticamente as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira para manter a temperatura do forno de cada forno de coque na faixa de temperatura determinada.

[0170] 9. Método, de acordo com o exemplo 8, que compreende, ainda: em um modo de operação de compartilhamento de gás, parar a operação de um dos geradores de vapor de recuperação de calor e direcionar os gases de escape de modo que uma porção dos gases de escape flua através de cada um dos geradores de vapor de recuperação de calor restantes em operação sem sair da faixa de temperatura determinada.

[0171] 10. Método, de acordo com o exemplo 8, que compreende, ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente, as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira de cada forno de coque para manter uma temperatura do forno em cada forno de coque dentro da faixa de temperatura determinada.

[0172] 11. Método, de acordo com o exemplo 10, que compreende, ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente, as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira de cada forno de coque para manter uma concentração de oxigênio de duto de tubo ascendente próxima a cada amortecedor de tubo ascendente dentro de uma faixa de concentração de oxigênio.

[0173] 12. Método, de acordo com o exemplo 8, que compreende, ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente, as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira de cada forno de coque para manter uma concentração de oxigênio de duto de tubo ascendente próxima a cada amortecedor de tubo ascendente dentro de uma faixa de concentração de oxigênio.

[0174] 13. Método, de acordo com o exemplo 8, que compreende, ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente, as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira de cada forno de coque para manter uma temperatura de túnel comum no túnel comum dentro da faixa de temperatura determinada.

[0175] 14. Método, de acordo com o exemplo 8, que compreende, ainda: determinar o posicionamento histórico do amortecedor de tubo ascendente, das aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira relacionado ao tempo decorrido em ciclos de coqueificação prévios de pelo menos um forno de coque; e controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente, as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira de cada forno de coque com base nos dados de posição históricos do amortecedor de tubo ascendente, das aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira em relação ao tempo decorrido no ciclo de coqueificação atual.

[0176] 15. Método, de acordo com o exemplo 8, que compreende, ainda: controlar automaticamente as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira de cada forno de coque em resposta a uma entrada de sensor de temperatura.

[0177] 16. Método, de acordo com o exemplo 15, que compreende, ainda: controlar automaticamente as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira de cada forno de coque em resposta a uma entrada de sensor de oxigênio.

[0178] 17. Método, de acordo com o exemplo 16, que compreende, ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente de cada forno de coque em resposta a uma entrada de sensor de temperatura e/ou uma entrada de sensor de oxigênio.

[0179] 18. Método, de acordo com o exemplo 15, que compreende, ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente, as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira de cada forno de coque para manter uma temperatura de câmara de forno em cada forno de coque dentro de uma faixa de temperatura.

[0180] 19. Método, de acordo com o exemplo 15, que compreende, ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente de cada forno de coque para manter uma temperatura de conduto de soleira em cada forno de coque dentro da faixa de temperatura determinada.

[0181] 20. Método, de acordo com o exemplo 15, que compreende, ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente de cada forno de coque para manter uma temperatura de duto de tubo ascendente em cada forno de coque dentro da faixa de temperatura determinada.

[0182] 21. Método, de acordo com o exemplo 15, que compreende, ainda: fornecer uma pluralidade de dutos de transição, em que cada duto de transição é conectado a um dos geradores de vapor de recuperação de calor e conectado ao túnel comum em uma interseção.

[0183] 22. Método, de acordo com o exemplo 21, que compreende, ainda: em um modo de operação de compartilhamento de gás, parar a operação de um dos geradores de vapor de recuperação de calor e direcionar os gases de escape de modo que uma porção dos gases de escape flua através de cada um dos geradores de vapor de recuperação de calor restantes em operação.

[0184] 23. Método, de acordo com o exemplo 22, que compreende, ainda: antecipar uma corrente de forno previsto menor que a corrente de forno almejada antes de controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente de cada forno de coque para manter o corrente de forno em uma banda morta da corrente de forno almejada.

[0185] 24. Método, de acordo com o exemplo 15, que compreende, ainda: fornecer um amortecedor de gerador de vapor de recuperação de calor adaptado para controlar um fluxo de gases de escape através do gerador de vapor de recuperação de calor a jusante de cada gerador de vapor de recuperação de calor; e controlar automaticamente pelo menos um amortecedor de gerador de vapor de recuperação de calor para manter a corrente de torre de ventilação almejada dentro da faixa de corrente.

[0186] 25. Método, de acordo com o exemplo 15, que compreende, ainda: controlar automaticamente pelo menos um amortecedor de tubo ascendente a uma posição totalmente aberta; e fornecer um amortecedor de gerador de vapor de recuperação de calor adaptado para controlar um fluxo de gases de escape através do gerador de vapor de recuperação de calor a jusante de cada gerador de vapor de recuperação de calor; e controlar automaticamente os amortecedores de gerador de vapor de recuperação de calor para se enquadrarem em uma faixa de corrente de túnel comum.

[0187] 26. Forno de coque, que compreende: uma câmara de forno; um duto de tubo ascendente em comunicação fluídica com a câmara de forno, sendo que o duto de tubo ascendente é configurado para receber gases de escape a partir da câmara de forno; um túnel comum em comunicação fluídica com o duto de tubo ascendente, sendo que o túnel comum é configurado para receber gases de escape a partir do duto de tubo ascendente; pelo menos um gerador de vapor de recuperação de calor em comunicação fluídica com o túnel comum; sendo que o gerador de vapor de recuperação de calor é configurado para fornecer um amortecedor de tubo ascendente em comunicação fluídica com o duto de tubo ascendente, sendo que o amortecedor de tubo ascendente é posicionado em qualquer dentre uma pluralidade de posições incluindo totalmente abertas e totalmente fechadas, sendo que o amortecedor de tubo ascendente é configurado para controlar uma corrente de forno; um atuador configurado para alterar a posição do amortecedor de tubo ascendente entre a pluralidade de posições em resposta a uma instrução de posição; um amortecedor de gerador de vapor de recuperação de calor em comunicação fluídica com o gerador de vapor de recuperação de calor; sendo que o amortecedor de gerador de vapor de recuperação de calor é posicionado em qualquer dentre uma pluralidade de posições incluindo totalmente abertas e totalmente fechadas, sendo que o amortecedor de gerador de vapor de recuperação de calor é configurado para controlar uma corrente de túnel comum; um sensor configurado para detectar uma condição operacional do forno de coque, em que o sensor compreende um sensor de corrente configurado para detectar a corrente de forno, um sensor de temperatura configurado para detectar uma temperatura de câmara de forno ou uma temperatura de conduto de soleira, e um sensor de oxigênio configurado para detectar uma concentração de oxigênio de duto de tubo ascendente no duto de tubo ascendente; e um controlador em comunicação com o atuador e com o sensor, sendo que o controlador é configurado para fornecer uma instrução de posição a um atuador de tubo ascendente configurado para atuar o amortecedor de tubo ascendente ou a um atuador de gerador de vapor de recuperação de calor configurado para atuar o atuador de gerador de vapor de recuperação de calor em resposta à condição de operação detectada pelo sensor.

[0188] 27. Forno de coque, de acordo com o exemplo 26, em que o sensor compreende um sensor de temperatura configurado para detectar a temperatura do forno.

[0189] 28. Forno de coque, de acordo com o exemplo 27, em que o sensor é posicionado na câmara de forno.

[0190] 29. Forno de coque, de acordo com o exemplo 28, em que a instrução de posição é configurada para permitir ar em excesso no forno em resposta a uma condição de superaquecimento detectada pelo sensor.

[0191] 30. Forno de coque, de acordo com o exemplo 26, em que o sensor compreende um sensor de oxigênio configurado para detectar a concentração de oxigênio de duto de tubo ascendente no duto de tubo ascendente.

[0192] 31. Forno de coque, de acordo com o exemplo 30, em que a instrução de posição é configurada para manter a concentração de oxigênio de duto de tubo ascendente dentro de uma faixa de concentração de oxigênio.

[0193] 32. Forno de coque, de acordo com o exemplo 26, em que o sensor compreende um sensor de temperatura configurado para detectar a temperatura de conduto de soleira.

[0194] 33. Forno de coque, de acordo com o exemplo 32, em que a instrução de posição é configurada para permitir ar em excesso no forno em resposta a uma condição de superaquecimento detectada pelo sensor.

[0195] 34. Forno de coque, de acordo com o exemplo 33, que compreende, ainda: um sensor de temperatura configurado para detectar uma temperatura do forno na câmara de forno; e em que o sensor compreende um sensor de corrente configurado para detectar uma corrente de forno; em que o controlador é configurado para fornecer uma instrução de posição ao atuador em resposta à corrente de forno detectada pelo sensor de corrente e a temperatura do forno detectada pelo sensor de temperatura.

[0196] Vale notar que as construções e disposições dos aparelhos, sistemas e métodos conforme descrito e mostrado nas várias modalidades exemplificadoras são apenas ilustrativos. Embora somente algumas modalidades tenham sido descritas em detalhes nessa revelação, os indivíduos versados na técnica que analisaram esta revelação avaliarão prontamente que muitas modificações são possíveis (por exemplo, variações em tamanhos, dimensões, estruturas, formatos e proporções dos vários elementos, valores de parâmetros, disposições de montagem, uso de materiais, orientações, etc.) sem divergir materialmente dos ensinamentos inovadores e vantagens da matéria citada nas reivindicações. Por exemplo, os elementos mostrados como integralmente formados podem ser construídos por múltiplas partes ou elementos, a posição dos elementos pode ser invertida ou, de outro modo, variada, e a natureza ou número de elementos discretos ou posições podem ser alterados ou variados. A ordem ou sequência de qualquer processo ou etapas de método podem ser variadas ou re-sequenciadas de acordo com modalidades alternativas. Outras substituições, modificações, alterações e omissões também podem ser feitas no design, condições operacionais e disposição das várias modalidades exemplificadoras sem divergir do escopo da presente revelação.

[0197] A presente revelação contempla métodos, sistemas e produtos de programa em qualquer mídia legível por máquina para realizar várias operações. As modalidades da presente revelação podem ser implementadas usando processadores computacionais existentes, ou por um processador de computador para propósito especial para um sistema apropriado, incorporado para esse e outro propósito, ou por um sistema conectado por fios. As modalidades no escopo da presente revelação incluem produtos de programa que compreendem mídias legíveis por máquina para transportar ou ter instruções executáveis por máquina ou estruturas de dados armazenadas nas mesmas. Essas mídias legíveis por máquina podem ser quaisquer mídias disponíveis que possam ser acessadas por um computador para propósitos gerais ou para propósitos especiais ou outra máquina com um processador. A título de exemplo, essas mídias legíveis por máquina podem compreender RAM, ROM, EPROM, EEPROM, CD-ROM ou outro armazenamento em disco óptico, armazenamento em disco magnético ou outros dispositivos de armazenamento magnético, ou qualquer outro meio que possa ser usado para transportar ou armazenar um código de programa desejado sob a forma de instruções executáveis por máquina ou estruturas de dados e que possam ser acessados por um computador para propósitos gerais ou propósitos especiais ou outra máquina com um processador. Quando as informações forem transferidas ou fornecidas por uma rede ou outra conexão de comunicação (seja conectada por fios, sem fio, ou uma combinação de conectado por fio ou sem fio) a uma máquina, a máquina visualiza apropriadamente a conexão como um meio legível por máquina. Logo, qualquer conexão é apropriadamente denominada como um meio legível por máquina. As combinações dessas também são incluídas no escopo das mídias legíveis por máquina. Instruções executáveis por máquina incluem, por exemplo, instruções e dados que induzem um computador para propósitos gerais, computador para propósitos especiais, ou máquinas de processamento para propósitos especiais para realizar uma determinada função ou grupo de funções.

[0198] Ademais, muito embora a tecnologia tenha sido descrita em uma linguagem que seja específica a determinadas estruturas, materiais e etapas metodológicas, deve-se compreender que a invenção definida nas reivindicações anexas não se limita necessariamente às estruturas, materiais e/ou etapas específicas descritas. De preferência, os aspectos e etapas especificas são descritos como formas de implementar a invenção reivindicada. Ademais, determinados aspectos da nova tecnologia descrita no contexto de modalidades particulares podem ser combinados ou eliminados em outras modalidades. Ademais, embora vantagens associadas a determinadas modalidades da tecnologia tenham sido descritas no contexto dessas modalidades, outras modalidades também podem exibir essas vantagens, e nem todas as modalidades precisam necessariamente exibir essas vantagens para se enquadrar no escopo da tecnologia. De modo correspondente, a revelação e a tecnologia associada pode abranger outras modalidades não expressamente mostradas ou descritas no presente documento. Logo, a revelação não é limitada exceto pelas reivindicações anexas. Exceto onde indicado em contrário, todos os números ou expressões, tais como aqueles que expressam dimensões, características físicas, etc. usadas no relatório descritivo (ao invés de nas reivindicações) são entendidos como modificados em todas as instâncias pelo termo “aproximadamente.” No mínimo, e não como uma tentativa de limitar a aplicação da doutrina de equivalentes às reivindicações, cada parâmetro numérico no relatório descritivo ou nas reivindicações que seja modificado pelo termo “aproximadamente” deve ser pelo menos construído tendo em vista o número de dígitos significativos citados e aplicando-se técnicas de arredondamento ordinárias. Ademais, todas as faixas reveladas no presente documento devem ser entendidas abrangendo e fornecendo suporte às reivindicações que citam toda e qualquer subfaixa ou todo e qualquer valor individual englobado no presente documento. Por exemplo, uma faixa declarada de 1 a 10 deve ser considerada por incluir e fornecer suporte às reivindicações que citam toda a qualquer subfaixa ou valor individual que esteja entre e/ou inclusive do valor mínimo de 1 e o valor máximo de 10; ou seja, todas as subfaixas iniciando com um valor mínimo de 1 ou maior e terminando com um valor máximo de 10 ou menor (por exemplo, 5,5 a 10, 2,34 a 3,56, e assim por diante) ou quaisquer valores de 1 a 10 (por exemplo, 3, 5,8, 9,9994, e assim por diante). A partir do exposto anteriormente, avaliar-se-á que modalidades específicas da invenção foram descritas no presente documento por propósitos de ilustração, mas que várias modificações podem ser feitas sem divergir do escopo da invenção. De modo correspondente, a invenção não é limitada, salvo pelas reivindicações anexas.

Claims (26)

1. Método para otimizar a operação de uma usina de coque, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: operar uma pluralidade de fornos de coque para produzir coque e gases de escape, em que cada forno de coque compreende uma coroa e um conduto de soleira adaptado para operar em uma faixa de temperatura determinada, sendo que a coroa e o conduto de soleira incluem aberturas controláveis para introduzir ar, em que cada forno de coque compreende um amortecedor de tubo ascendente adaptado para controlar uma corrente de forno no forno de coque; direcionar os gases de escape a partir de cada forno de coque a um túnel comum, conectando fluidicamente uma pluralidade de geradores de vapor de recuperação de calor ao túnel comum; operar todos os geradores de vapor de recuperação de calor e dividir os gases de escape de modo que uma porção dos gases de escape flua a cada um dos geradores de vapor de recuperação de calor; controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente de cada forno de coque para manter a corrente de forno de cada forno de coque em uma banda morta de uma corrente de forno almejada; controlar automaticamente as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira para manter a temperatura do forno de cada forno de coque na faixa de temperatura determinada; e em um modo de operação de compartilhamento de gás, parar a operação de um dos geradores de vapor de recuperação de calor e direcionar os gases de escape através do túnel comum de modo que uma porção dos gases de escape flua através de cada um dos geradores de vapor de recuperação de calor restantes em operação enquanto se mantém a temperatura do forno de cada forno de coque na faixa de temperatura determinada.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente, as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira de cada forno de coque para manter uma temperatura do forno em cada forno de coque dentro da faixa de temperatura determinada.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente, as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira de cada forno de coque para manter uma concentração de oxigênio de duto de tubo ascendente próximo a cada amortecedor de tubo ascendente dentro de uma faixa de concentração de oxigênio.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente, as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira de cada forno de coque para manter uma concentração de oxigênio de duto de tubo ascendente próximo a cada amortecedor de tubo ascendente dentro de uma faixa de concentração de oxigênio.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente, as aberturas controláveis da coroa e/ou o conduto de soleira de cada forno de coque para manter uma temperatura de túnel comum no túnel comum dentro da faixa de temperatura determinada.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: determinar o posicionamento histórico do amortecedor de tubo ascendente, das aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira relacionado ao tempo decorrido em ciclos de coqueificação prévios de pelo menos um forno de coque; e controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente, as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira de cada forno de coque com base nos dados de posição históricos do amortecedor de tubo ascendente, das aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira em relação ao tempo decorrido no ciclo de coqueificação atual.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: controlar automaticamente as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira de cada forno de coque em resposta a uma entrada de sensor de temperatura.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: controlar automaticamente as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira de cada forno de coque em resposta a uma entrada de sensor de oxigênio.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente de cada forno de coque em resposta a uma entrada de sensor de temperatura e/ou uma entrada de sensor de oxigênio.

10. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente, as aberturas controláveis da coroa e/ou do conduto de soleira de cada forno de coque para manter uma temperatura de câmara de forno em cada forno de coque dentro de uma faixa de temperatura.

11. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente de cada forno de coque para manter uma temperatura de conduto de soleira em cada forno de coque dentro da faixa de temperatura determinada.

12. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente de cada forno de coque para manter uma temperatura de duto de tubo ascendente em cada forno de coque dentro da faixa de temperatura determinada.

13. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: fornecer uma pluralidade de dutos de transição, em que cada duto de transição é conectado a um dos geradores de vapor de recuperação de calor e conectado ao túnel comum em uma interseção.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: em um modo de operação de compartilhamento de gás, parar a operação de um dos geradores de vapor de recuperação de calor e direcionar os gases de escape de modo que uma porção dos gases de escape flua através de cada um dos geradores de vapor de recuperação de calor restantes em operação.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: antecipar uma corrente de forno prevista menor que a corrente de forno almejada antes de controlar automaticamente o amortecedor de tubo ascendente de cada forno de coque para manter a corrente de forno em uma banda morta da corrente de forno almejada.

16. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: fornecer um amortecedor de gerador de vapor de recuperação de calor adaptado para controlar um fluxo de gases de escape através do gerador de vapor de recuperação de calor a jusante de cada gerador de vapor de recuperação de calor; e controlar automaticamente pelo menos um amortecedor de gerador de vapor de recuperação de calor para manter a corrente de torre de ventilação almejada dentro da faixa de corrente.

17. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: controlar automaticamente pelo menos um amortecedor de tubo ascendente a uma posição totalmente aberta; e fornecer um amortecedor de gerador de vapor de recuperação de calor adaptado para controlar um fluxo de gases de escape através do gerador de vapor de recuperação de calor a jusante de cada gerador de vapor de recuperação de calor; e controlar automaticamente os amortecedores de gerador de vapor de recuperação de calor para se enquadrarem em uma faixa de corrente de túnel comum.

18. Forno de coque, operado pelo método definido na reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma câmara de forno; um duto de tubo ascendente em comunicação fluídica com a câmara de forno, sendo que o duto de tubo ascendente é configurado para receber gases de escape a partir da câmara de forno; um amortecedor de tubo ascendente em comunicação fluídica com o duto de tubo ascendente, o amortecedor de tubo ascendente estando posicionado em qualquer uma de uma pluralidade de posições que incluem totalmente aberta e totalmente fechada, o amortecedor de tubo ascendente configurado para controlar uma corrente de forno; um primeiro atuador configurado para alterar a posição do amortecedor de tubo ascendente entre a pluralidade de posições em resposta a uma instrução de posição; um túnel comum em comunicação fluídica com o duto de tubo ascendente, sendo que o túnel comum é configurado para receber gases de escape a partir do duto de tubo ascendente; pelo menos um gerador de vapor de recuperação de calor em comunicação fluídica com o túnel comum, o gerador de vapor de recuperação de calor incluindo: (i) um amortecedor de gerador de vapor de recuperação de calor posicionado em qualquer uma de uma pluralidade de posições incluindo totalmente aberta e totalmente fechada; e (ii) um segundo atuador configurado para alterar a posição do gerador de vapor de recuperação de calor; um ou mais sensores configurados para detectar uma condição operacional do forno de coque, em que o um ou mais sensores compreendem pelo menos um entre (i) um sensor de corrente configurado para detectar a corrente de forno, (ii) um sensor de temperatura configurado para detectar uma temperatura de câmara de forno ou uma temperatura de conduto de soleira, ou (iii) um sensor de oxigênio configurado para detectar uma concentração de oxigênio de duto de tubo ascendente no duto de tubo ascendente; e um controlador em comunicação com o primeiro atuador, o segundo atuador e o um ou mais sensores, em que o controlador é configurado para fornecer uma instrução de posição a pelo menos um entre (i) o primeiro atuador para atuar o amortecedor de tubo ascendente, ou (ii) o segundo atuador para atuar o amortecedor de gerador de vapor de recuperação de calor, em resposta à condição de operação detectada pelo um ou mais sensores.

19. Forno de coque, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o um ou mais sensores compreendem pelo menos dois dentre o sensor de corrente, sensor de temperatura, ou sensor de oxigênio, e em que o controlador é configurado para fornecer a instrução de posição com base na condição de operação detectada pelos pelo menos dois sensores.

20. Forno de coque, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o um ou mais sensores compreendem o sensor de temperatura, e em que o sensor de temperatura é posicionado na câmara de forno.

21. Forno de coque, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que a instrução de posição é configurada para permitir ar em excesso no forno em resposta a uma condição de superaquecimento detectada pelo um ou mais sensores.

22. Forno de coque, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o um ou mais sensores compreendem o sensor de corrente, o sensor de temperatura, e o sensor de oxigênio, e em o controlador é configurado para fornecer a instrução de posição com base na condição de operação detectada pelos sensores.

23. Forno de coque, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de o um ou mais sensores compreendem o sensor de oxigênio, e a instrução de posição é configurada para manter a concentração de oxigênio de duto de tubo ascendente dentro de uma faixa de concentração de oxigênio.

24. Forno de coque, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o um ou mais sensores compreendem o sensor de temperatura configurado para detectar a temperatura de conduto de soleira.

25. Forno de coque, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que a instrução de posição é configurada para permitir ar em excesso no forno em resposta a uma condição de superaquecimento detectada pelo um ou mais sensores.

26. Forno de coque, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor de temperatura é um primeiro sensor de temperatura configurado para detectar uma temperatura do forno na câmara de forno; o forno de coque compreende ainda um segundo sensor de temperatura configurado para detectar uma temperatura de conduto de soleira no conduto de soleira.

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