УСТРОЙСТВО И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА И УПРАВЛЕНИЯ ЭТИМ ДАВЛЕНИЕМ
DEVICE AND METHOD OF REGULATING GAS PRESSURE AND CONTROLLING SAID PRESSURE

Настоящее изобретение относится к устройству и способу регулирования давления отдельного газа или управления давлением отдельного газа отдельных печей батареи коксовых печей согласно ограничительной части основного пункта формулы изобретения. Устройство рассматриваемого типа известно из ЕР 0649455. В указанном источнике информации раскрыто множество вариантов реализации, среди которых прокомментирован вариант реализации согласно фиг. 10.
В этом варианте реализации вертикальная часть колена напорной трубы врезана в магистральный коллектор сверху. Нижний конец этой части оснащен гидравлическим уплотнением, посредством которого указанная часть герметично изолирована с уплотнением от погружной трубы, проходящей вертикально ниже колена напорной трубы с возможностью регулировки в вертикальном направлении. В пределах колена напорной трубы подается просачивающаяся вода, которая предназначена для охлаждения газа и которая, в конечном счете, собирается в сборнике магистрального коллектора. Водоструйные сопла обеспечены над гидравлическим лабиринтным уплотнением для поддержания высоты уровня воды в пределах гидравлического лабиринтного уплотнения и обеспечения вышеуказанного эффекта герметичности с уплотнением.
Гидравлическое лабиринтное уплотнение открыто сверху, посредством чего в нем могут скапливаться загрязнения, что может препятствовать потоку воды и ухудшать промывку гидравлического лабиринтного уплотнения.
Нижний конец погружной трубы выступает по меньшей мере частично в сборник магистрального коллектора.
Регулирование давления газа должно происходить путем подъема и опускания погружной трубы.
Однако погружение погружной трубы в магистральный коллектор вызывает неблагоприятный эффект, поскольку конденсаты и твердые частицы, как правило, скапливаются в магистральном коллекторе неравномерно, что может вызвать образование разных уровней воды. Погружная труба будет загрязняться при контакте ее с конденсатами. Неравномерные скопления в магистральном коллекторе и подъем вверх устройства могут вызвать волны на поверхности воды, которые отрицательно влияют на регулирование давления.
Уровень воды в магистральном коллекторе может быть определен лишь теоретически, фактический уровень воды неизвестен и его необходимо будет определять дополнительными измерениями. Удлинение колена напорной трубы и расположенной ниже колена погружной трубы приводит к нежелательной общей высоте и дополнительной нагрузке, которые не приемлемы в существующих батареях коксовых печей.
Устройство обеспечения работы погружной трубы может быть расположено сбоку, выше или ниже. Таким образом, необходимо протыкать стенку магистрального коллектора и обеспечивать отдельное уплотнение.
Кроме того, в указанном в приведенном выше источнике информации также раскрыты по-другому выполненные кромки нижнего конца погружной трубы, которые влияют на выпуск газа.
И наконец, в указанном источнике информации также раскрыты различные варианты реализации погружных стаканов, имеющих отверстия оттока, например, в области дна стакана. Эти отверстия оттока вызывают неблагоприятный эффект, так как они имеют склонность к засорению вследствие загрязнений, содержащихся в воде. Для восстановления функций эти погружные стаканы должны периодически чиститься, например, промывкой струей жидкости, опрокидыванием стакана или наклоном и использованием чистящей оправки.
Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении устройства регулирования давления, а также способа, обеспечивающего возможность легкого и надежного регулирования или управления давлением газа. Согласно настоящему изобретению данная задача достигается признаками отличительной части основного пункта формулы изобретения. Регулирование давления газа происходит за счет различных степеней погружения погружной трубы в погружной стакан. Это приводит к высокоточному регулированию, так как погружной стакан всегда заполнен водой до водосливного уровня, что означает неизменность уровня воды.
Согласно настоящему изобретению полая штанга, расположенная в пределах колена напорной трубы, предназначена для двух целей. С одной стороны, она имеет, с наружной стороны колена напорной трубы, привод для расположения погружной трубы с возможностью регулирования в вертикальном направлении, а с другой стороны, она служит для подвода гидравлического уплотнения или гидравлического лабиринтного уплотнения, обеспеченного между погружной трубой и коленом напорной трубы. Таким образом, достигается хорошее герметичное соединение между коленом напорной трубы и погружной трубой по всей высоте вертикального изменения положения.
Вода, подводимая к полой штанге, и привод расположены за пределами колена напорной трубы и поэтому не подвергнуты горячим газам и сгораемым, токсичным, агрессивным и загрязняющим компонентам, содержащимся в горячем газе. Эти компоненты содержат в частности водород, монооксид углерода, метан и углеводороды, а также смолу, бензол и нафталин. Такая схема расположения предотвращает загрязнение и увеличивает надежность работы.
При работе устройства газ коксовой печи проходит по колену напорной трубы вниз в направлении магистрального коллектора. Поскольку нижняя кромка перемещаемой погружной трубы погружена в воду, содержащуюся в погружном стакане, газ коксовой печи должен пройти через эту воду для достижения магистрального коллектора. В зависимости от глубины погружения погружной трубы в погружном стакане будет изменяться длина пути газа, проходящего через воду.
При увеличении глубины погружения погружной трубы расстояние, которое должно быть пройдено через воду, также будет увеличиваться, то есть газ коксовой печи должен будет преодолеть давление высоты воды для прохождения через погружной стакан. Обратное давление в колене и в печи растет до тех пор, пока не будет достигнуто достаточно высокое давление для преодоления водного барьера.
Прорези, которые могут быть обеспечены в погружной трубе, представляют прямую связь внутреннего пространства погружной трубы с магистральным коллектором так, чтобы газ смог пройти в магистральный коллектор без обхода через воду. При увеличении глубины погружения погружной трубы пропускное сечение прорезей над поверхностью воды будет уменьшено. Кроме того, это приводит к обратному давлению, которое вызывает увеличение давления, преобладающего в пределах печи и колена.
Фактически часть газа коксовой печи проходит через свободную площадь поперечного сечения прорезей, а другая часть - через воду, в случае небольшого потока газа - также исключительно через воду.
Диапазон регулирования погружной трубы достаточно большой для обеспечения полного извлечения погружной трубы из погружного стакана. В дополнение к возможно существующей площади прорезей между нижней кромкой погружной трубы и водной поверхностью сформирован кольцевой зазор, через который может проходить газ коксовой печи.
В течение нормальной работы погружную трубу погружают в погружной стакан на большую или меньшую величину, пока обратное давление не будет соответствовать необходимому давлению печи. Глубокое погружение вызывает увеличение давления, преобладающего в печи, погружение на меньшую величину вызывает уменьшение давления.
При отсоединении печи нагар должен быть выпущен из печи и с этой целью открывают двери печи. Количество воздуха (кислород!), всосанное через эти большие отверстия в печь, и в магистральный коллектор, и, следовательно, в систему газоочистки, будет настолько большим, что это может привести к образованию горючей смеси. Для предотвращения этого соединение между печью и магистральным коллектором должно быть закрыто.
Для достижения этого погружную трубу погружают в погружной стакан до такой степени, что не хватает ни обратного давления из печи, ни разряжения от магистрального коллектора для прорыва водного барьера в погружном стакане. Перед этим открывают крышку напорной трубы так, чтобы по-прежнему генерируемый газ коксовой печи вытекал, воспламенялся и сгорал.
После проталкивания печи, т.е. когда печь пуста, она должна быть заполнена углем для следующего процесса коксования (соединение печи). Указанное заполнение, как правило, выполняют через загрузочные люки, обеспеченные в своде печи, или путем вталкивания угольного брикета через дверцу печи. Когда уголь входит в контакт с горячими стенками печи, формируется большое количество так называемого заполняющего газа, и пыль взрывается.
Этот заполняющий газ и пыль должны быть отсосаны так, чтобы препятствовать их выпуску в окружающую среду (защита от выпуска). Для обеспечения наиболее равномерного переноса к магистральному коллектору устройство регулирования давления открывают до максимальной степени. Для этого погружной стакан откидывается. Вода вытекает из стакана, и повернутый таким образом стакан открывает полное сечение погружной трубы.
Колено напорной трубы обычно содержит по существу вертикальную часть в области магистрального коллектора. Это обеспечивает поток без турбулентностей газа к магистральному коллектору. Кроме того, вертикальная часть колена напорной трубы обеспечивает легкое прохождение полой штанги сквозь колено. На месте проникновения может быть обеспечено простое гидравлическое уплотнение, перелив которого, в свою очередь, проходит во внутреннее пространство колена напорной трубы и, в конце, подведен к магистральному коллектору.
Кроме того, предпочтительно, когда позиционирующее средство для погружного стакана удерживается во внутреннем пространстве полой штанги. Таким образом, это позиционирующее средство защищено от горячих газов и не подвергнуто вышеуказанному риску загрязнения от газа и твердых тел во взвешенном состоянии, содержащихся в нем. Также, привод для позиционирующего средства может быть расположен с наружной стороны колена напорной трубы, и это, в свою очередь, повышает надежность в работе. В отличие от случая предшествующего уровня техники, здесь нет необходимости пропускания приводного средства через стенку магистрального коллектора.
Кроме того, преимущественно выполнять позиционирующее средство в виде трубы и обеспечивать водоснабжение у его верхнего конца. Вода служит для охлаждения труб и наполнения водой погружного стакана, который предпочтительно расположен ниже погружной трубы. Выпускное отверстие для вода может быть обеспечено, прежде всего, около водного лабиринтного уплотнения погружной трубы, таким образом, вода проходит вниз по внутренней поверхности полой штанги и, как правило, скапливается в погружном стакане.
Поскольку погружная труба обычно выступает в погружной стакан, уровень воды в пределах погружного стакана поддерживается постоянным на уровне водосливной кромки. Вода подводится, прежде всего, по меньшей мере через одно разбрызгивающее сопло, которое может быть расположено, например, в пределах колена напорной трубы. Однако через гидравлическое уплотнение полой штанги вводится дополнительная вода. Эта вода служит также для поддержания постоянного уровня воды в пределах погружного стакана.
Вследствие постоянного притока воды погружной стакан всегда наполнен до краев. Таким образом, достигается постоянный и определенный уровень воды, который, в отличие от известного уровня техники, обеспечивает возможность быстрого и точного регулирования давления газа.
Вследствие непрерывного перелива воды через кромку погружного стакана загрязнения непрерывно вымываются. Несмотря на то что в предшествующем уровне техники погружной стакан содержит выпускные отверстия, которые иногда являются узкими и которые могут засоряться и забиваться, поток воды в устройстве согласно настоящему изобретению протекает по всей кромке погружного стакана таким образом, что риск засорения исключен.
При горизонтальной конфигурации погружной трубы на ее нижнем конце газ будет выпускаться равномерно по всей периферии. Однако нижний конец погружной трубы также может быть оснащен прорезями или другими конечными элементами правильной или неправильной формы для достижения плавного выпуска газа.
Для обеспечения возможности поворота погружного стакана предпочтительно фиксировать стакан с одной его стороны посредством по меньшей мере одной точки опоры и поворачивать его вокруг этой точки опоры при помощи позиционирующего средства. Для этого предпочтительно нижний конец позиционирующего средства шарнирно соединять на погружном стакане. В качестве соединения также может быть использована цепь или веревка.
Другой вариант реализации настоящего изобретения может быть представлен таким образом, что устройство для регулирования или управления отдельным давлением газа отдельных печей батареи коксовых печей соединено не с магистральным коллектором, а с коленом напорной трубы. Колено напорной трубы снабжено полой штангой, которая связана по меньшей мере через один трубопровод с гидравлическим лабиринтным уплотнением у ее нижнего конца и которая, у ее верхнего конца, с наружной стороны напорной трубы, имеет средства водоснабжения для заполнения гидравлического лабиринтного уплотнения. Вертикальная часть колена напорной трубы, или скорее его удлинение, может иметь диаметр, который адаптирован к диаметру устройства, указанный диаметр может быть, например, шире, чем сама труба для нагнетания.
Вследствие того, что устройство расположено в пределах напорной трубы или указанного в приведенном выше описании удлинения, давление газа может быть отрегулировано и управляться независимо от формы магистрального коллектора. Это обеспечивает преимущество в том, что регулирование согласно настоящему изобретению также может быть использовано для небольших магистральных коллекторов, которые иначе не предложили бы достаточного пространства для устройства.
Настоящее изобретение также реализуется способом, который отличается тем, что погружной стакан, расположенный ниже погружной трубы, непрерывно заполняют водой так, чтобы вода переливалась через водосливную кромку и устанавливала постоянный уровень воды, по отношению к которому выполняют регулирование нижнего конца погружной трубы для регулирования и управления давлением газа.
В представленном ниже описании настоящее изобретение раскрыто со ссылкой на чертежи, на которых
на фиг. 1 показано вертикальный разрез устройства согласно первому варианту реализации настоящего изобретения в поднятом положении погружной трубы;
на фиг. 2 показан частичный вертикальный разрез устройства согласно фиг. 1 с нижним положением погружной трубы, на котором указан путь прохождения воды в пределах полой штанги;
на фиг. 3 показано частичное вертикальное сечение устройства согласно фиг. 1 с указанием пути, по которому следует вода в пределах устанавливающего средства;
на фиг. 4 показан частичный вертикальный разрез верхней части устройства согласно фиг. 1, содержащий представление гидравлического уплотнения;
на фиг. 5 показано частичное вертикальное сечение нижней части устройства согласно фиг. 1 с повернутым вниз погружным стаканом, и
на фиг. 6 показано частичное вертикальное сечение устройства согласно первому варианту реализации настоящего изобретения, в случае, в котором устройство регулирования давления расположено не в пределах магистрального коллектора, а в пределах колена напорной трубы.
На фиг. 1 представлено вертикальное сечение устройства 15 регулирования давления согласно настоящему изобретению с коксовой печью 1, из которой газ 2 коксовой печи пропускается вертикально вверх в пределах трубы 3 для нагнетания при функционировании печи. Труба для нагнетания на своем верхнем конце имеет откидную створку для проведения осмотра и чистки, за которой следует колено 4 напорной трубы, проходящее от точки, расположенной ниже указанной откидной створки, под косым углом вниз. В пределах колена расположено по меньшей мере одно разбрызгивающее сопло 5, через которое может быть введена вода в колено для охлаждения газа коксовой печи. Колено 4 напорной трубы заканчивается своей вертикальной частью 6 в магистральном коллекторе 7, который сверху имеет горизонтальную запирающую плиту 8.
Нижний конец колена напорной трубы имеет расположенное на нем гидравлическое лабиринтное уплотнение 9, которое содержит кольцо 10, проходящее соосно с коленом напорной трубы и прикрепленное сверху посредством горизонтального плеча 11 к вертикальной части 6. Колено 4, или скорее вертикальная часть 6, образует совместно с кольцом 10 круговое пространство, которое открыто снизу, и в которое вставлена погружная труба 12, и которое соосно окружает нижнюю часть колена напорной трубы. Для осуществления гидравлического лабиринтного уплотнения погружная труба 12 снабжена кольцом 13, которое, в свою очередь, расположено соосно с погружной трубой и нижний конец которого прикреплен к погружной трубе посредством горизонтального плеча 14. Кольцо 13 совместно с погружной трубой 12 образует круговое пространство, которое открыто сверху, и которое, для функционирования показанного устройства 15, заполнено водой для осуществления погружения в воду, и которое обеспечивает возможность вертикального перемещения погружной трубы в течение работы устройства и одновременно гарантирует эффект уплотнения.
В пределах вертикальной части 6 колена 4 напорной трубы расположена двустенная полая штанга 16, которая взаимодействует посредством текучей среды с круговым пространством лабиринтного уплотнения между погружной трубой 12 и кольцом 13 по меньшей мере через один соединительный проход 17. Двустенная полая штанга 16 таким образом заканчивается своим нижним концом в зоне гидравлического лабиринтного уплотнения 9. Ее верхний конец расположен снаружи и выше вертикальной части 6 колена напорной трубы и изолирован от трубы для нагнетания при помощи гидравлического уплотнения 18. С наружной стороны трубы для нагнетания полая штанга 16 соединена с приводом 19, с помощью которого полая штанга 16 и погружная труба 12 могут быть вертикально перемещены. В области верхнего конца полая штанга 16 дополнительно оснащена средствами 20 водоснабжения, которые служат для заливки воды во внутреннее пространство двустенной полой штанги и, через соединительные проходы 17, также в гидравлическое лабиринтное уплотнение 9 и для достижения вышеуказанного вертикально изменяемого газового уплотнения погружной трубы от колена напорной трубы.
Поскольку вода подается в гидравлическое лабиринтное уплотнение снизу и проходит вверх, проникновение твердого вещества в гидравлическое лабиринтное уплотнение сверху предотвращается. Кроме того, непрерывный поток воды также осуществляет очистку внутреннего пространства уплотнения, и загрязнения вымываются.
В пределах магистрального коллектора 7 и ниже погружной трубы 12 обеспечен погружной стакан 21, который может быть повернут на одну сторону за счет системы 22 опор. Система 22 опор расположена в нижнем конце подвески 23, которая прикреплена, например в пределах магистрального коллектора, к закрывающей плите 8.
Погружной стакан 21 имеет большую ширину, чем погружная труба 12, и может быть выполнен в виде усеченного конуса с открытой верхней частью. Указанный стакан имеет боковые стенки 24, которые расположены таким образом, что проходят, например, под косым углом 70° по отношению к горизонтально проходящему дну 25. Погружной стакан служит для вмещения воды, подводимой к нему, например, посредством сопла 5, средств 20 водоснабжения, а также средств 29 водоснабжения. Таким образом, при функционировании устройства погружной стакан всегда полон до краев водой. Поскольку поток воды непрерывный, вода будет переливаться через край в магистральный коллектор, как обозначено стрелкой 26. Наклонные стенки предотвращают турбулентность в течение сброса газа.
Вследствие постоянного перелива воды через водосливную кромку погружного стакана, плавучие загрязнения, которые возможно могут содержаться в нем, непрерывно смываются. В предшествующем уровне техники такие загрязнения остаются в пределах стакана, и это требует периодического наклона и опустошения стакана.
Для удерживания погружного стакана 21 в горизонтальном положении, показанном на фиг. 1, а также для наклона его с целью очистки, используют позиционирующее средство 27, которое расположено в пределах двустенной полой штанги 16 и которое выступает за пределы указанной полой штанги сверху. За пределами полой штанги позиционирующее средство 27 соединено с приводом 28. Позиционирующее средство 27 выполнено в виде полой трубы и имеет у своего верхнего конца средства 29 водоснабжения, за счет чего вода пропускается вниз.
По меньшей мере через одно водовыпускное отверстие 30 вода может выходить из позиционирующего средства и поступать во внутреннее пространство полой штанги 16. Затем вода проходит вниз в погружной стакан 21.
Нижний конец позиционирующего средства 27 имеет шарнирно-сочлененную соединительную часть 31, которая, в свою очередь, шарнирно присоединена на дне 25 погружного стакана. Соединительная часть может быть также осуществлена в виде веревки или цепи.
Позиционирующее средство 27 герметично изолировано от двустенной полой штанги 16 пробковым уплотнением 32, расположенным на верхнем конце полой штанги. Фактический эффект уплотнения создается водой. Пробковое уплотнение препятствует вытеканию вода из полой штанги при задании более высокого гидравлического давления. Это обеспечивает эластичное уплотнение подвижных труб.
Показанное устройство 15 служит для регулирования или управления давлением газа коксовой печи 1. Газы 2, обладающие температурой приблизительно 800°С, выходят из такой печи. Газы, выходящие из коксовой печи, охлаждают приблизительно до 80°С в пределах колена 4 напорной трубы. Охлаждения достигают введением воды, которая, однако, вызывает конденсацию компонентов газа, в частности смолы. Это приводит к формированию осаждений, вредный эффект которых минимизируется в случае использования устройства согласно настоящему изобретению. В частности исключается нарушение функциональности рабочих элементов устройства.
В устройстве согласно настоящему изобретению газ 2 коксовой печи пропускается через колено 4 напорной трубы вниз в вертикальную часть 6 указанного колена. Газ смачивается и охлаждается посредством разбрызгивающего сопла 5, после чего он проходит вертикально вниз и вводится в погружной стакан 21 в пределах погружной трубы 12. Погружная труба заканчивается в пределах водного пространства погружного стакана и ниже уровня воды.
Для достижения плавного выпуска газа из погружной трубы можно сформировать нижнюю кромку погружной трубы неровной, например, используя щели, зубья пилы, волнообразные элементы и т.д.
Газ, выходящий из погружной трубы, проходит через воду погружного стакана и по кромке погружной трубы в магистральный коллектор и затем выпускается. Выполнение необходимого регулирования давления достигается посредством различных глубин погружения погружной трубы.
На фиг. 2 показан нижний конец погружной трубы 12, выступающий в погружной стакан 21, указанный нижний конец расположен ниже уровня воды 36 погружного стакана 21.
На данном изображении также показано, каким образом вода подведена через средства 20 водоснабжения в двустенную полую штангу 16 и передана от полой штанги, которая закрыта снизу, через соединительный проход 17 в гидравлическое лабиринтное уплотнение 9. У верхнего конца погружной трубы 12, то есть кольца 13, вода, подведенная через двустенную полую штангу 16, переливается и проходит, таким образом, в погружной стакан 21, как обозначено стрелкой 33. Это дает желаемый результат, состоящий в том, что твердое вещество вымывается струей жидкости из гидравлического лабиринтного уплотнения.
В пределах колена 6 напорной трубы преобладает давление p1, которое выше, чем давление р2, преобладающее в магистральном коллекторе.
На фиг. 3 показано, каким образом вода подводится через средства 29 водоснабжения во внутреннее пространство позиционирующего средства 27. Вода выходит из трубы позиционирующего средства 27 через отверстие 30 и проходит во внутреннее пространство двустенной полой штанги 16. У нижнего конца полой штанги 16 вода вновь проходит в погружной стакан 21.
На фиг. 4 показан принцип действия гидравлического уплотнения 18. Вода проходит в направлении стрелки 35 через средства 34 водоснабжения во внутреннее пространство корпуса, посредством чего полая штанга 16 с возможностью скольжения герметизирована от колена 4 напорной трубы посредством воды. Благоприятный результат достигнут посредством расположения полой штанги и корпуса за пределами колена, поскольку таким путем могут быть достигнуты более низкие температуры и меньшая общая высота.
На фиг. 5 показано, каким образом опустошается погружной стакан 21. При наклоне погружного стакана посредством привода 28 выливается не только вода, а вместе с ней выливаются все осаженные твердые тела и загрязнения, содержащиеся в указанном стакане.
На фиг. 6 показан один вариант реализации настоящего изобретения, в случае которого устройство регулирования давления расположено не в магистральном коллекторе 7, а в колене 4 напорной трубы, который для этой цели может быть, например, увеличен в длину и ширину. Одинаковые части обеспечены одинаковыми ссылочными номерами.
Несмотря на то что в вариантах реализации, представленных в приведенном выше описании, регулировочное средство выступает в магистральный коллектор, теперь оно заканчивается в пределах колена напорной трубы, или скорее в пределах удлинения 38 вертикальной части 6 указанного колена напорной трубы. Удлинение шире, чем вертикальная часть 6, и оно расположено между коленом 4 напорной трубы и магистральным коллектором 7 и сужается, например, к магистральному коллектору 7. Верхний конец удлинения 38 обеспечен закрывающей плитой 39, посредством которой он прикреплен к вертикальной части 6. Подвеска 23 погружного стакана 21 также расположена на указанной закрывающей плите. Своим нижним концом удлинение заканчивается конусностью 37, которая также обеспечивает присоединение к магистральному коллектору 7.
Ширина удлинения 38 достаточно большая для вмещения устройства регулирования давления. Однако основная конструктивная схема этого варианта реализации соответствует конструктивной схеме варианта реализации, рассмотренного в приведенном выше описании. Единственное отличие в том, что она расположена в пределах колена напорной трубы.
Преимущество данного варианта реализации состоит в том, что уже существующие коксовые печи могут быть модернизированы легче, поскольку нет необходимости изменения магистрального коллектора. Особенно в случае магистральных коллекторов, которые не являются достаточно большими, будет предпочтительно не изменять эти магистральные коллекторы и обеспечить их, например, колено напорной трубы удлинением увеличенной ширины, которое затем может быть использовано для вмещения устройства регулирования.
Настоящее изобретение также обеспечивает возможность дополнения или замены гидравлического лабиринтного уплотнения простым гидравлическим уплотнением или некоторыми другими видами уплотнения.