PT1979440E - Forno de coque com controlo otimizado e processo para o controlo - Google Patents
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Description
1
DESCRIÇÃO
"FORNO DE COQUE COM CONTROLO OTIMIZADO E PROCESSO PARA O CONTROLO" A invenção refere-se a um forno de coque em construção plana, um chamado forno de coque Non-Recovery ou Heat-Recovery, que apresenta pelo menos um dispositivo de medição para a medição da concentração de componentes gasosos da câmara do forno de coque, do fundo do forno de coque e/ou do canal de gases de escape, e no qual, com base nestes dados, um computador de processos calcula e regula o fornecimento otimizado do ar primário e/ou secundário. A invenção compreende igualmente um processo de coquefação que utiliza um forno de coque deste tipo. 0 aquecimento de fornos Heat-Recovery realiza-se normalmente pela combustão do gás que se forma na coquefação ou das pequenas percentagens de carvão a coqueificar. A combustão é controlada de modo a que uma parte do gás queime acima do lote de carvão com ar primário na câmara do forno. Este gás parcialmente queimado é fornecido por canais de gás, que também são designados de "Downcomer", para o fundo da câmara do forno e aqui é completamente queimado pela adição de mais ar de combustão, o ar secundário.
Deste modo, é fornecido calor ao lote de carvão diretamente por cima e indiretamente por baixo, o que tem um efeito vantajoso sobre a velocidade da coquefação e, consequentemente, sobre a potência dos fornos. A realização do processo requer o controlo variável do ar primário e secundário fornecido, medido com exatidão e 2 através do tempo de cozimento, que pode demorar até 96 horas. No atual estado tecnológico já foram largamente descritos fornos de coque Heat-Recovery e Non-Recovery num modo de construção plano. Por exemplo, refere-se aqui US 4.344.820, US 4.287.024, US 5.114.542, GB 1 555 400 ou CA 2 052 177 C.
Segundo os mais convencionais estados tecnológicos, o ar primário é aspirado da atmosfera pelas aberturas nas portas. O ar secundário é aspirado por aberturas junto ao fundo e é encaminhado por canais para as serpentinas de aquecimento, que decorrem essencialmente na horizontal por baixo da câmara do forno de coque. As aberturas para o ar primário e secundário estão permanentemente abertas ou estão dotadas de válvulas para regular a quantidade de ar por aspirar.
Uma vez que as baterias do forno são muito vastas, dado que predomina normalmente uma temperatura muito elevada e se verifica uma forte formação de sujidade, o estado tecnológico anuncia somente válvulas de ventilação manuais. O documento US 5.928.476 apresenta uma bateria do forno de coque desse tipo, em que em cada porta do forno de coque estão previstas três aberturas manualmente controláveis, nas ou à frente das quais está disposta respetivamente uma placa ou disco adaptada ao corte transversal da abertura e alojada num eixo central. Estas válvulas de abertura podem ser manualmente alteradas na sua posição, através da alavanca.
No documento DE102005055483.0-24 da requerente, é anunciado um elemento de ajuste central que permite uma regulação continua do ar primário e secundário. 3
Na prática verificou-se, porém, que nos conhecidos fornos de coque, era difícil dominar as qualidades de carvão alternadas, devido a diferentes graus de trituração, humidade ou peças interiores etc., e era preciso prever longos tempos de cozimento desnecessários para obter elevadas qualidade de coque. 0 objetivo da invenção é, por isso, eliminar de um modo económico as falhas descritas e garantir um fornecimento otimizado de ar primário e/ou secundário, para melhorar a potência do forno e, assim, reduzir os tempos de cozimento. A invenção atinge este objetivo com um forno de coquefação em construção plana, um chamado forno de coque Non-Recovery ou Heat-Recovery, que compreende uma câmara do forno de coque e um fundo do forno de coque composto por canais, em que a câmara do forno de coque e o fundo do forno de coque estão ligados por canais de gás, estando previsto na parede do forno ou na porta do forno aberturas para o fornecimento de ar primário e uma ou várias aberturas ou canais para o fornecimento de ar secundário no fundo do forno de coque, e encontrando-se dispositivos de bloqueio à frente das aberturas ou nas condutas para as aberturas.
Ao forno de coquefação está ligado pelo menos um dispositivo de medição para a medição da concentração de componentes gasosos da câmara do forno de coque, do fundo do forno de coque e/ou dos canais de gás, e este dispositivo de medição está, por sua vez, ligado a um computador, de modo a que este computador 4 possa receber dados e resultados de medição do dispositivo de medição, e o computador está ligado, através de linhas de controlo, a um ou vários dispositivos de ajuste dos dispositivos de bloqueio, em que os dispositivos de bloqueio representam válvulas, básculas, corrediças ou idêntico.
Uma variante melhorada consiste em continuar no fundo do forno de coque ou no canal de gases de escape do forno de coquefação um dispositivo de medição da temperatura, que está também ligado ao computador, de modo a poder receber estes dados e resultados de medição do dispositivo de medição da temperatura.
Os dispositivos de medição são, de preferência, aparelhos de análise para a medição de hidrogénio, nitrogénio, óxido de carbono ou dióxido de carbono, que estão ligados à câmara do forno de coque por uma conduta. A concentração destes componentes principais ou de um destes componentes principais correlaciona-se muito bem com o estado de cozimento do bolo de coque.
Principalmente o hidrogénio, que é o último componente do carvão a queimar, é um indicador ideal para apresentar o fim do tempo de cozimento. Com o forno de coquefação em conformidade com a invenção é, assim, possível controlar o processo de coquefação de modo a alcançar o fim do tempo de cozimento quase ao mesmo tempo que se alcança a percentagem de volume 0 em H2. Se o H2 queimar cedo demais, isto provoca uma maior combustão e/ou incineração das percentagens de produtos reutilizáveis do coque, o que é economicamente desvantajoso. 5
Noutra variante da invenção, o dispositivo de medição é uma sonda Lambda, que se encontra no fundo do forno de coque ou no canal de gases de escape para determinar o oxigénio. Por meio da sonda Lambda e da retroalimentação com a regulação do ar secundário pode garantir-se sempre uma combustão completa no fundo do forno de coque, sem baixar em demasia a temperatura, o que causaria um prolongamento do tempo de cozimento.
Numa variante mais desenvolvida da invenção, estão previstos pelo menos um aparelho de análise para determinar o hidrogénio, o nitrogénio, o óxido de carbono ou dióxido de carbono, e uma sonda Lambda para determinar o oxigénio. A invenção engloba ainda um processo para a coquefação de carvão, no qual o forno de coquefação mencionado é aplicado numa das versões anunciadas, em que o forno é enchido com carvão e o processo de coquefação é iniciado, durante a coquefação é analisada a concentração de um ou vários componentes gasosos, estes dados são transferidos para um computador, este computador calcula o fornecimento de ar primário e/ou secundário, com base em valores discretos ou cálculos modelo memorizados, e através de linhas de controlo, são ativados os elementos de controlo dos dispositivos de bloqueio 6 para o ar primário e/ou secundário e, por conseguinte, regula o ar primário e/ou secundário.
Numa variante melhorada do processo, durante a coquefação é calculada a temperatura no fundo do forno de coque e/ou no canal de gases de escape, e estes dados são transferidos para um computador, em que este computador calcula depois o fornecimento de ar primário e/ou secundário, com base em valores discretos ou cálculos modelo memorizados, e através de linhas de controlo, são ativados os elementos de controlo dos dispositivos de bloqueio para o ar primário e/ou secundário e, por conseguinte, regula o ar primário e/ou secundário. 0 processo em conformidade com a invenção é conduzido de modo a que a temperatura média no fundo do forno de coque baixe, durante a coquefação, em 350°C até 400°C e não fique abaixo dos 1000°C. Uma outra otimização consiste em regular de forma constante a concentração de oxigénio 7 no canal de gases de escape entre 7,5 e 8,5 de percentagem de volume. A invenção é descrita a titulo exemplificativo na Fig. 1 por meio da variante de versão, embora a invenção não se limite a este exemplo de execução. A Fig. 1 mostra um forno de coque, que possui uma câmara do forno de coque 1 e um fundo do forno de coque 2, onde não estão representadas as diversas câmaras ou canais do fundo do forno de coque 2. Através do canal de gás 3, a câmara do forno de coque 1 está ligada ao fundo do forno de coque 2. Na câmara do forno de coque 1 pode ser fornecido ar primário pela conduta 4, encontrando-se na conduta 4 a válvula de regulação 7. No fundo do forno de coque 2 pode ser fornecido ar secundário pela conduta 5, encontrando-se na conduta 5 a válvula de regulação 8: A conduta 9 serve para recolher uma baixa corrente volúmica de gás da câmara do forno de coque 1 e liga a câmara do forno de coque 1 a um aparelho de análise 10, que no exemplo apresentado é adequado à medição de H2. O gás a medir e transportado na conduta 9 é aspirado por meio do compressor 11 e transportado para o aparelho de análise 10. À frente do compressor 11 existe um permutador de calor 12 para arrefecer o gás. A corrente volúmica do gás é novamente encaminhada para a câmara do forno de coque 1 através da conduta.
Estão ainda esquematicamente representados o aparelho de medição da temperatura 13, que se encontra no fundo do forno de coque 2, e a sonda Lambda 14 que se encontra na conduta de gases de escape 6. Através das linhas de dados 17 e 18, os valores de medição são encaminhados para o computador 16, que também recebe os valores de medição do aparelho de medição 10 através da linha de dados 15. O computador 16 controla, através das linhas de controlo 19, a válvula de regulação 7, regulando assim a corrente volúmica do ar primário ou a temperatura na câmara do forno de coque 1. Além disso, o computador 16 controla, através da linha de controlo 20, a válvula de regulação 8, o que por sua vez regula a corrente volúmica do ar secundário e, por conseguinte, a temperatura no fundo do forno de coque 2 e o teor de oxigénio na conduta de gases de escape 6.
Através do processo descrito e do dispositivo em conformidade com a invenção, foi possível baixar substancialmente o tempo de cozimento. Passa a ser possível obter, com segurança, um tempo de cozimento inferior a 48, o que representa um aumento substancial da potência do forno relativamente ao testado da técnica.
Lista de símbolos de referência 1 Câmara do forno de coque 2 Fundo do forno de coque 3 Canal de gás 4 Conduta (ar primário) 5 Conduta (ar secundário) 6 Conduta de gases de escape 7 Elemento de bloqueio (ar primário) 8 Elemento de bloqueio (ar secundário) 9 Conduta 10 Aparelho de análise 11 Compressor 12 Permutador térmico 9 13 Aparelho de medição da temperatura 14 Sonda Lambda 15 Linha de dados 16 Computador 17 Linha de dados 18 Linha de dados 19 Linha de dados 20 Linha de dados 10
REFERÊNCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO A presente listagem de referências citadas pela requerente é apresentada meramente por razões de conveniência para o leitor. Não faz parte da patente de invenção europeia. Embora se tenha tomado todo o cuidado durante a compilação das referências, não é possível excluir a existência de erros ou omissões, pelos quais o EPO não assume nenhuma responsabilidade.
Patentes de invenção citadas na descrição • US 4344820 A [0003] • US 4287024 A [0003] • US 5114542 A [0003] • GB 1555400 A [0003] • CA 2052177 C [0003] • US 5928476 A [0005] • DE 102005055483024 [0006]
Claims (10)
1 REIVINDICAÇÕES 1. Forno de coquefação em construção plana, um chamado forno de coquefação Non/Heat Recovery, que compreende uma câmara do forno de coque e um fundo do forno de coque composto por canais, em que a câmara do forno de coque (1) e o fundo do forno de coque (2) estão ligados por canais de gás (3), estando previsto na parede do forno ou na porta do forno aberturas para o fornecimento de ar primário e uma ou várias aberturas ou canais para o fornecimento de ar secundário no fundo do forno de coque, e encontrando-se dispositivos de bloqueio (7, 8) à frente das aberturas ou nas condutas (4, 5) para as aberturas. caracterizado pelo facto de o forno de coquefação - estar ligado pelo menos a um dispositivo de medição (10, 14) para a medição da concentração de componentes gasosos da câmara do forno de coque, do fundo do forno de coque e/ou do canal de gases de escape, e - de este dispositivo de medição estar, por sua vez, ligado a um computador (16), de modo a que este computador possa receber dados e resultados de medição do dispositivo de medição, e - de o computador estar ligado, através de linhas de controlo (19, 20), a um ou vários dispositivos de ajuste dos dispositivos de bloqueio, em que os dispositivos de bloqueio (7, 8) representam válvulas, básculas, corrediças ou idêntico. 2
2. Forno de coquefação conforme a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de no fundo do forno de coque ou no canal de qases de escape estar disposto um dispositivo de medição da temperatura (13), que está também ligado ao computador, de modo a poder receber estes dados e resultados de medição do dispositivo de medição da temperatura.
3. Forno de coquefação segundo uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de o dispositivo de medição (10) ser um aparelho de análise para determinar o hidrogénio, nitrogénio, óxido de carbono ou dióxido de carbono.
4. Forno de coquefação conforme a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de o aparelho de análise estar ligado à câmara do forno de coque através de uma conduta (9).
5. Forno de coquefação segundo uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de o dispositivo de medição ser uma sonda Lambda (14) para determinar o oxigénio e se encontrar no fundo do forno de coque ou no canal de gases de escape (6).
6. Forno de coquefação segundo uma das reivindicações 3 ou 5, caracterizado pelo facto 3 de estar previsto um aparelho de análise (10) para determinar o hidrogénio, nitrogénio, óxido de carbono ou dióxido de carbono, e uma sonda Lambda (14) para determinar o oxigénio.
7. Processo para a coquefação de carvão, caracterizado pelo facto de ser utilizado um forno de coquefação segundo uma das reivindicações anteriores, em que o forno é enchido com carvão e o processo de coquefação é iniciado, - durante a coquefação é analisada a concentração de um ou vários componentes gasosos, - estes dados são transferidos para um computador, este computador calcula o fornecimento de ar primário e/ou secundário, com base em valores discretos ou cálculos modelo memorizados, e através de linhas de controlo, são ativados os elementos de controlo dos dispositivos de bloqueio para o ar primário e/ou secundário e, por conseguinte, - regula o ar primário e/ou secundário.
8. Processo para a coquefação de carvão conforme a reivindicação 7, caracterizado pelo facto de durante a coquefação - ser calculada a temperatura no fundo do forno de coque e/ou no canal de gases de escape, e 4 - estes dados serem transferidos para um computador, este computador calcular o fornecimento de ar primário e/ou secundário, com base em valores discretos ou cálculos modelo memorizados, e - através de linhas de controlo, serem ativados os elementos de controlo dos dispositivos de bloqueio para o ar primário e/ou secundário e, por conseguinte, - regular o ar primário e/ou secundário.
9. Processo para a coquefação de carvão segundo uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo facto de a temperatura média no fundo do forno de coque baixar, durante a coquefação, em 350°C até 400°C e não ficar abaixo dos 1000°C.
10. Processo para a coquefação de carvão segundo uma das reivindicações de 7 até 9, caracterizado pelo facto de a concentração de oxigénio no canal de gases de escape se manter constante entre 7,5 e 8,5 da percentagem de volume.
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