СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ КОКСА С СОРТИРОВКОЙ ЕГО ПО КЛАССАМ КРУПНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF COOLING COKE WHILE SORTING SAID COKE ACCORDING TO GRAIN-SIZE CATEGORY AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к способу совмещения в одном технологическом цикле охлаждения кокса и сортировки его по классам (фракциям) крупности перед отправкой потребителям, а также устройству для его осуществления.
Может быть использовано на коксохимических предприятиях.
Для обеспечения безопасной транспортировки кокса (t ~200°C) после выдачи из коксовых камер с температурой ~1000±100°C его охлаждают (тушат), затем перед отправкой потребителям сортируют (рассеивают) по классам крупности в отдельном здании коксосортировки на специальном рассеивающем оборудовании. Для этого используют разные методы.
Наиболее распространен способ мокрого охлаждения, при котором коксотушильный вагон с принятым из печи коксовым пирогом заезжает под башню и его заливают водой [Справочник коксохимика. / Под ред. А.К.Шелкова. - М., Металлургия, 1965, т.II, Глава 9, Тушение кокса водой, с.165-172]. Интенсивное охлаждение (от 1000±100°C до 150-200°C за 1,5-2,0 минуты) за счет возникающих термических напряжений приводит к образованию в кусках кокса трещин дополнительно к тем, которые образовались при коксовании. При этом значительно снижается прочность кокса. Достаточно надежное охлаждение всех кусков необходимо для того, чтобы избежать возгораний резиновых лент транспортеров и пожаров на галереях и коксосортировке. Единое обоснованное техническое решение, обеспечивающее надежное охлаждение кокса с получением равномерной и минимальной влажности в реальных условиях работы коксовых печей, отсутствует [Кальянов К.Г. Обзор систем мокрого тушения кокса // Кокс и химия, 1975, №3].
3
Коксохимическое производство водоизбыточно. В процессе производства кокса образуется большое (0,3-0,4 м на каждую тонну кокса) количество воды, содержащей различные химические вещества. Это создает препятствие к сбросу этой воды в водоемы, и ее используют во внутреннем цикле оборотного водоснабжения [Евзельман И.Б., Кагасов В.М. и др. Экономическая эффективность использования сточных вод в оборотном водоснабжении коксохимического предприятия // Кокс и химия, 1988, №5].
Несмотря на применяемые современные методы очистки, эта вода может привести к загрязнению окружающей среды, поэтому очищенные стоки направляют на мокрое тушение кокса.
При этом в башнях тушения образуется мощный выброс вредных веществ в атмосферу [Озерский Ю.Г., Попов А.Л. и др. Исследование выбросов в атмосферу при мокром тушении кокса // Кокс и химия, 1985, №1]. Кратковременный характер и большой объем выброса осложняют применение известных методов его улавливания и очистки.
Кроме загрязнения воздушного бассейна, это приводит к усиленной коррозии металлоконструкций, расположенных вблизи установок охлаждения кокса. В конденсате обнаруживаются в достаточно большом количестве хлориды, цианиды, роданиды, сульфаты и другие агрессивные вещества [Федоров В.А., Холопцев В.П. Защита конструкций тушильных башен от агрессивного воздействия воды тушения // Кокс и химия, 1968, №10; Данкова Н.М., Гавага В.С. О коррозии тушильных вагонов // Кокс и химия, 1960, №9].
Известно, что мелкие куски кокса, охлаждаясь быстрее, впитывают значительное количество воды. При этом влагосодержание в кусках различной крупности находится в достаточно большом диапазоне от 0,6 до 8,4% в металлургическом коксе крупностью более 25 мм и 14,4-19,4% в коксовом орешке (25-10 мм) и мелочи [Ходак Л.З., Гесс-де Кальве Б.А., Борисов Ю.И. и др. О ситовом составе кокса для доменной плавки // Кокс и химия, 1974, №7].
В то же время известно, что условием обеспечения ровного хода доменной печи и стабильного теплового режима является постоянство количества вводимого углерода. Измерение его количества производится по массе кокса. Если влажность кокса увеличится, то в единице массы на такую же величину уменьшится доля углерода. Такое изменение может вызвать "похолодание" печи, снижение ее производительности, а иногда и аварийное положение.
Стремление к гарантированному тепловому состоянию в условиях непостоянства влажности кокса определяет повышенный удельный расход его, что в целом снижает технико-экономические показатели работы доменных печей.
Таким образом, чрезвычайно большая скорость охлаждения при заливке раскаленного кокса водой - фактически термоудар; безвозвратная потеря тепла выдаваемого из камер кокса; высокая влажность кокса и ее колеблемость - существенные отрицательные факторы способа мокрого охлаждения, дополняемые недостатками экологического порядка.
Известен способ охлаждения кокса, осуществляемый прерывистым потоком воды [Мучник Д.А., Постольник Ю.С. Теория и техника охлаждения кокса. / Киев-Донецк. - Вища школа, 1979, 159 с.; Мучник Д.А. Формирование свойств доменного кокса. - М., Металлургия, 1983, 181 с.]. В этом способе изменение условий охлаждения обеспечивает сокращение величин температурных напряжений, но не решает проблему все же имеющего место термоудара при тушении кокса водой, безвозвратной потери тепла выдаваемого из камер кокса и залповых выбросов вредных веществ в атмосферу.
После охлаждения (тушения) кокса для формирования его потребительских свойств перед отправкой потребителям необходимо проведение еще некоторых процессов, обеспечивающих безопасность транспортирования кокса к рассеивающим агрегатам, на которых производится сортировка по размеру кусков по классам крупности.
После завершения процесса охлаждения требуется дополнительное время пребывания кокса на рампе для отпаровывания, то есть удаления пара, образовавшегося внутри кусков из воды, охладившей кокс, и транспортировки на коксосортировку для сортировки по классам крупности [Справочник коксохимика. / Под ред. А.К.Шелкова. - М., Металлургия, 1965, т.II, Глава 11, Сортировка и отгрузка кокса, с.189-202].
Выдерживание кокса на рампе - это обязательная стадия окончательного охлаждения кокса и контроля за его полнотой, после которой кокс посредством дозаторов (рамповых затворов) передают на рамповый конвейер, которым подают в здание коксосортировки с помощью наклонного конвейера общей длиной до 100 м и более [Мучник Д.А., Иванов Е.Б. Сортировка кокса. М., Металлургия. 1968. 296 с.].
Здание современной коксосортировки, предназначенное для сортировки кокса по классам крупности, представляет собой многоэтажное каркасное сооружение из железобетонных конструкций высотой в 5 этажей [Справочник коксохимика. / Под ред. А.К.Шелкова. - М., Металлургия, 1965, т. IV. Глава 8, Сооружения коксового цеха, с.113-122]. Плиты перекрытий, в связи с большим количеством проемов и закладных частей, изготавливают большей частью монолитными и в подвесной опалубке, крепящимися к сборным балкам. Стены выполняют из сборных железобетонных утепленных панелей либо из красного кирпича на растворе. Стеновые материалы должны быть морозостойкими с учетом высокой влажности в помещениях коксосортировки. Основное оборудование коксосортировки состоит из большого количества ленточных конвейеров, рассеивающих механизмов (грохотов) и желобов.
Динамичность грохотов, применяемых для классификации кокса, должна учитываться в расчетах строительных конструкций или опор, на которых устанавливаются грохота и опираются мосты конвейеров [Справочник коксохимика. / Под ред. А.К.Шелкова. - М., Металлургия, 1965, т.IV. Глава 8, Сооружения коксового цеха, с.113-122], что значительно увеличивает стоимость сооружений.
Наличие большого количества рассеивающих устройств, желобов и конвейерных трактов, вентиляционных установок и другого оборудования создает стесненные условия обслуживания оборудования коксосортировки.
Классификацию (сортировку) потока валового кокса на коксосортировке производят по фракциям: более 25 мм (доменный кокс), который отправляют потребителям, и менее 25 мм, который, как правило, перед загрузкой в накопительные бункеры подвергают рассеву на фракции 10-25 мм и менее 10 мм в соответствии с требованиями потребителей.
На коксохимических предприятиях, производящих литейный кокс, классификацию производят по заданной фракции: более 40 мм, или более 60 мм, или более 80 мм.
Мелкие, а иногда и крупные классы кокса после рассева подают конвейерами в накопительные бункеры, из которых производят загрузку железнодорожных вагонов и отправку на металлургические предприятия.
Вся инфраструктура сортировки кокса по классам крупности, начиная с коксовой рампы и требований к сооружению здания, требует значительных капитальных затрат.
Известен способ, при котором кокс охлаждают циркулирующим инертным газом в установках сухого тушения - УСТК [Справочник коксохимика. / Под ред. А.К.Шелкова. - М., Металлургия, 1965, т.II, Глава 10, Сухое тушение кокса, с.173-188]. Тепло, аккумулированное коксом, утилизируется в котле-утилизаторе для получения энергетического пара. Недостатком этого способа является то, что циркулирующий газ представляет собой смесь горючих и негорючих составляющих, которые при циркуляции через массу раскаленного кокса взаимодействуют с ним, что приводит к значительным потерям кокса - угару (более 3%) [Степанов Ю.В., Беркутов Н.А., Ворсина Д.В. и др. Угар кокса при его транспортировании и сухом тушении // Кокс и химия. 1999. №10], образованию избыточных газов, сброс которых вызывает загрязнение воздушного бассейна. Горючие и токсичные компоненты газа затрудняют эксплуатацию УСТК. Транспортировка и сортировка кокса после УСТК создают проблемы по запыленности галерей и помещений. Требуются специальные мероприятия по обеспыливанию воздуха [Стефаненко В.Т., Очистка от пыли газов и воздуха на коксохимических предприятиях. - М., Металлургия, 1991. 72 с.].
Известны технические решения [Патенты ФРГ: №2533606, кл. C10B 39/00, 1976; №3510678, кл. C10B 39/04, 1986; №3013722, кл. C10B 39/02, 1981; №3115437, кл. C10B 39/02, 1982; №4370202, кл. C10B 39/00, 1983; №2952065, кл. C10B 39/02, 1981; №3441322, кл. C10B 39/02, 1986], позволяющие в той или иной степени снизить угар кокса и образование избыточных газов за счет использования непрямого теплообмена и двухступенчатой системы охлаждения, но не устраняющие другие недостатки.
Известен способ охлаждения [Ухмылова Г.С. Реферат. Результаты промышленной эксплуатации УСТК с охлаждающими панелями в шахте. Вып.1. Черметинформация. М., 1984], согласно которому кокс охлаждается в две ступени: на первой - водой через стенки теплообменника, и на второй - охлаждающим газом, содержащим пары воды. Устройство для осуществления этого способа содержит шахту с пережимом в центральной части. Недостатком данного устройства является неравномерность охлаждения кокса из-за разной порозности кокса в движущейся массе и большей скорости движения центральных участков, чем периферийных. Способ сложен еще и потому, что газ второй ступени необходимо очищать от пыли.
Эти способы также требуют сортировки кокса по классам крупности для формирования потребительских свойств перед отправкой.
Известен способ [Патент Российской Федерации №2110552, кл. 6 C10B 39/02, 10.05.1998 г., приоритет 05.10.1992 г.; Способ охлаждения кокса и устройство для его осуществления. / Бабанин В.И., Зайденберг М.А], согласно которому горячий кокс под действием силы тяжести проходит через первую ступень, где охлаждается путем косвенного теплообмена через стенки теплообменника и подается на вторую ступень, где охлаждается орошением водой, которую подают позонно при непрерывном перемешивании и принудительном перемещении в количестве, обеспечивающем ее испарение и достижение заданной температуры в каждой зоне.
Для охлаждения кокса используют очищенные на биохимустановке фенольные воды коксохимического производства, техническую воду продувочного цикла оборотного водоснабжения или их смесь.
Устройство для осуществления этого способа содержит верхнюю камеру шахтного типа с установленными внутри нее теплообменниками и соединенную посредством питателя с нижней камерой - установленным наклонно вращающимся барабаном, разделенным на теплообменные зоны, снабженным устройствами для перемешивания и перемещения кокса к разгрузочному торцу барабана и устройством для подачи воды в разные зоны барабана с регуляторами расхода воды.
Устройство для осуществления этого способа оснащено газоотводом для выделяющегося в процессе охлаждения кокса пара, системой аспирации и циклоном очистки пара от увлекаемой пыли. Парогазовую смесь после пылеочистки направляют в конденсатор-холодильник, а выходящие несконденсированные продукты - в топку дожига совместно с газом, выделяющимся из камеры охлаждения первой ступени, и затем сбрасывают в атмосферу через дымовую трубу.
Данный способ обеспечивает:
- утилизацию тепла выдаваемого из печей кокса;
- "мягкие", без превышения температурных напряжений, условия охлаждения кокса во всем температурном диапазоне от 1000-1100 до 150-200°C, что обеспечивает достаточно высокие показатели качества кокса;
- не создает термоудара при использовании для охлаждения воды;
- не приводит к залповым выбросам вредных веществ в атмосферу.
Этот способ охлаждения и устройство для его осуществления по технической сущности являются наиболее близкими к заявляемому и потому приняты в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является то, что в нем не учитывается различие времени охлаждения кусков различной крупности, что приводит к существенно большей влажности мелких классов, их налипанию на крупные куски и затруднению отделения от общей массы при сортировке кокса; различие времени удаления из внутренних объемов различных кусков кокса паров воды, используемой для их охлаждения (т.е. отпаровывания), что приводит к необходимости выдерживать кокс для этой цели на коксовой рампе; необходимость разделять кокс по классам крупности перед отправкой потребителям в отдельном крупногабаритном здании коксосортировки с использованием большого количества транспортирующего и рассеивающего оборудования, а при необходимости обеспечить стабилизацию прочностных характеристик кокса (т.е. дозированное механическое воздействие на кокс) устанавливать в здании коксосортировки дополнительные аппараты.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.
Задача решается за счет того, что в способе охлаждения кокса с сортировкой по классам крупности путем косвенного теплообмена с охлаждающим агентом при прохождении кокса под действием силы тяжести через первую ступень и прямого теплообмена с охлаждающим агентом на второй ступени путем орошения кокса водой при непрерывном перемешивании и принудительном перемещении кокса через вторую ступень и подачей воды для охлаждения кокса позонно в количестве, обеспечивающем ее испарение и достижение заданной температуры кокса в каждой зоне, при этом в едином технологическом цикле совмещено охлаждение кокса и сортировка его по классам крупности, для чего во второй ступени после достижения мелкими классами температуры безопасной транспортировки (примерно 200°C), дальнейшее перемешивание и перемещение кокса, не прерывая процесс орошения его водой и охлаждения, осуществляют с одновременным удалением из внутренних объемов кусков кокса паров воды (отпаровывание) и последовательным отсевом от общей массы кокса мелких классов для дальнейшего рассева на коксосортировке, затем средних и крупных как товарный продукт.
Задача решается также за счет того, что для дозированного механического воздействия на кокс изменяют скорость вращения второго барабана или угол его наклона к горизонту.
Совмещение процесса охлаждения кокса с последовательным отсевом мелких, средних и крупных классов кокса обеспечивает сокращение количества механизмов транспортировки и рассева по классам крупности при подготовке кокса к отправке потребителям и снижение капитальных затрат на сооружение крупногабаритных зданий коксосортировок.
Достижение мелкими классами кокса температуры безопасной транспортировки перед началом отсева и отсев этих классов обусловлены тем, что скорость охлаждения кусков кокса различной крупности различна, мелкие классы крупности при поступлении в зону, где начинается отсев, уже достигают температуры примерно 200°C и менее, в то время как более крупные куски кокса еще не достигли такого уровня охлаждения. При дальнейшем перемешивании и перемещении с орошением водой и охлаждением средние и крупные классы кокса достигают безопасной для транспортирования температуры, и обеспечивается последовательный рассев кокса по классам крупности, а при необходимости степень механического воздействия на кокс для стабилизации его прочностных характеристик можно регулировать изменением скорости вращения второго барабана или угла его наклона к горизонту.
Задача решается за счет того, что в устройстве для осуществления способа, содержащем верхнюю камеру шахтного типа с установленными внутри нее теплообменниками и соединенную с ней нижнюю камеру в виде вращающегося барабана, установленного наклонно к оси верхней камеры, снабженного устройством для перемешивания и перемещения кокса к разгрузочному концу барабана и устройством для подачи воды в разные зоны барабана с регулятором расхода воды, при этом нижняя камера, являющаяся второй ступенью охлаждения, выполнена из двух последовательно расположенных под одним углом к оси верхней камеры барабанов, установленных на опорах вращения и имеющих автономные приводы, из которых первый барабан с частотой вращения 1,5-3 об/мин разделен на две зоны охлаждения кокса пороговыми диафрагмами, второй барабан, также разделенный на две зоны, оснащен приводом с возможностью изменения частоты вращения в пределах от 1,5 до 22 об/мин, корпус второго барабана в каждой зоне выполнен с отверстиями требуемого размера и формы, оснащен устройствами для перемешивания, установленными с зазором, равным размеру отверстий в корпусе; трубопровод, подающий воду внутрь второго барабана, устанавливают в верхней трети диаметра барабана над зонами отсева, а отвод пара и пыли из второго барабана осуществляют из неподвижных кожухов, цилиндрическая поверхность которых выполнена с отверстиями для отсева выделяемых фракций кокса.
Задача решается также за счет того, что отверстия в корпусе второго барабана выполняют в виде колосниковой решетки, а бандажные обечайки, предназначенные для установки и крепления колосников, по внутренней части выполняют в виде многогранника с пазами для установки колосников с заданным зазором.
Задача решается также за счет того, что второй барабан с опорами вращения и приводом устанавливают на специальной площадке, одним концом опирающейся на фундамент первого барабана, а вторым концом - на устройство для изменения угла наклона в пределах 3-15° к горизонту; трубопроводы, введенные внутрь второго барабана, устанавливают с изгибающимися соединениями, обеспечивающими изменение угла наклона второго барабана, а соединения трубопроводов, введенных внутрь барабанов, с подающими трубопроводами после регуляторов расхода выполняют из гибких шлангов.
Разделение второй ступени охлаждения на два барабана с автономными опорами и приводами создает условия обеспечения оптимальных технологических режимов на стадии охлаждения и рассева кокса. Возможность изменения частоты вращения первого барабана в диапазоне от 1,5 до 3 об/мин обеспечивает выбор оптимальных условий теплообмена и охлаждения кокса. Возможность регулирования частоты вращения второго барабана в диапазоне от 1,5 до 22 об/мин создает условия для улучшения перемещения кокса внутри второго барабана и интенсивности отсева выделяемых фракций кокса, а также выбор уровня механического воздействия на кокс. Установка в зонах второго барабана, корпус которого выполнен с отверстиями для отсева выделяемых фракций кокса, устройств для перемешивания с зазором, равным размеру отверстий в корпусе, увеличивает эффективность отсева при сортировке кокса по классам крупности. Установка над участками с отверстиями в корпусе барабана неподвижных кожухов для отвода пара и пыли обеспечивает возможность использовать объем второго барабана для максимального выделения паров воды (отпаровывание) из внутренних объемов кусков кокса, достигших температуры безопасной транспортировки, при которой их можно отсеивать от общей массы и подвергать дальнейшей транспортировке, а установка трубопровода во втором барабане в верхней трети диаметра барабана над зонами отсева улучшает условия конденсации выделяемых паров воды и обеспечивает пылеподавление при отсеве.
Установка второго барабана на опорах вращения с автономным приводом, позволяющим изменять частоту вращения в пределах от 1,5-22 об/мин, дает возможность обеспечить требуемую производительность, эффективность рассева и регулирование времени нахождения кокса внутри второго барабана, т.е. регулировать стабилизацию кусков кокса различной крупности по прочности и влагонасыщению.
Выполнение в корпусе второго барабана отверстий необходимого размера и формы в виде колосниковой решетки увеличивает эффективность рассева и улучшает условия обслуживания барабана.
При производстве литейного кокса низкая частота вращения второго барабана снижает уровень механических нагрузок по сравнению с валковыми грохотами, что является положительным условием при сортировке, а для доменного кокса уровень нагрузок может быть увеличен с целью повышения прочности и стабильности к последующим нагрузкам, поэтому изменение угла наклона второго барабана по отношению к горизонту с устройством для изменения угла соединения трубопровода без разъема позволяет в достаточно широком диапазоне оказывать механические воздействия на кокс для стабилизации его прочностных характеристик.
На фиг.1 изображена принципиальная схема комплексной установки охлаждения кокса с его сортировкой по классам крупности.
На фиг.2 показан принцип установки колосников в обечайках рассеивающих зон второго барабана с заранее заданными зазорами между колосниками.
- а) при постоянном неизменяемом зазоре между колосниками;
- б, в, г - при необходимости изменения зазора между колосниками в соответствии с производственным заданием:
б) - без отсева фракций кокса;
в) - при отсеве мелкой фракции кокса;
г) - при отсеве средней фракции кокса.
На фиг.3 изображен принцип установки второго барабана с изменяющимся (регулируемым) углом наклона относительно оси верхней камеры.
На фиг.4 показана принципиальная конструкция приспособления (устройства), позволяющего менять угол наклона второго барабана без нарушения установки и герметизации находящихся внутри барабанов трубопроводов для подачи воды на орошение кокса.
Способ реализуется на установке, изображенной на фиг.1 и дополнительно на фиг.2, 3 и 4.
Комплексная установка содержит камеру охлаждения 1, куда выгружают раскаленный кокс с температурой 1000±100°C, с размещенной в верхней части до охлаждающей зоны форкамерой 2, с загрузочным устройством 3, размещенными по высоте камеры 1 теплообменниками 4, представляющими единый энерготехнологический агрегат, и размещенное в нижней части камеры охлаждения 1 разгрузочное устройство (разгрузочный конус) 5, вращающийся барабан 6, расположенный под углом 93-95° относительно оси камеры 1, связанный питателем 7 с разгрузочным устройством 5. Барабан 6 установлен на роликовых опорах 8 и снабжен приводом 9, обеспечивающим вращение барабана 6 с частотой от 1,5 до 3 об/мин. Последовательно, в продолжение первого барабана 6, установлен второй барабан 10 несколько большего диаметра на опорах вращения 11, оснащенный автономным приводом 12, обеспечивающим вращение барабана 10 с частотой от 1,5 до 22 об/мин. Первый барабан 6 консольной частью соосно входит внутрь второго барабана 10. Внутренние полости первого барабана 6 и второго барабана 10 пороговыми диафрагмами 13 разделены каждый на две теплообменные зоны 14, 15 и 16, 17 соответственно. Корпус первого барабана 6 оснащен расположенными внутри по спирали устройствами для перемешивания 18. Корпус второго барабана 10 в каждой зоне выполнен с отверстиями 19 и 20 для отсева кусков кокса требуемого размера и формы и оснащен расположенными внутри по спирали устройствами для перемешивания 21 и 22 (например, решетчатыми лопастями) с зазором, равным размеру отверстий в корпусе. Оба барабана оснащены неподвижными кожухами 23, 24, 25 и 26, примыкающими к вращающейся поверхности через лабиринтное уплотнение. Кожух 23 над входной частью барабана 6 оснащен газоотводным патрубком 27 для отвода пара, выделяющего при охлаждении кокса. Кожух 24 является общим для барабанов 6 и 10, установлен над первой зоной второго барабана 10, корпус которого выполнен с отверстиями для отсева мелких кусков кокса. Кожух 25 установлен над второй зоной барабана 10, корпус которого выполнен с отверстиями для отсева средних кусков кокса. Кожух 26 установлен над разгрузочной частью второго барабана 10 для выхода из барабана крупных кусков кокса. Кожухи 24, 25 и 26 в нижней части оснащены воронками с шлюзовыми затворами 28 для выгрузки отсеянного кокса на конвейеры 29 и 30, а в верхней части оснащены газоотводящими патрубками 31 для отвода коксовой пыли, образующейся при рассеве кокса, и пара, выделяющегося из кокса. Внутрь барабанов 6 и 10 по оси, с неподвижными опорами 32 на корпусах кожухов 23 и 26 и скользящими опорами 33 внутри барабанов, введены трубопроводы 34, 35 и 36 с форсунками для позонного орошения кокса водой внутри барабана. Трубопроводы 34 и 35 предназначены для орошения кокса в теплообменных зонах первого барабана 6, а трубопровод 36, установленный внутри второго барабана 10 в верхней трети диаметра, предназначен для окончательного охлаждения кокса, конденсации выделяющихся из кокса паров воды и пылеподавления во втором барабане 10. Трубопроводы 34, 35 и 36 оснащены регуляторами расхода воды 37 и соединены с коллектором 38. Вода для орошения кокса поступает из системы оборотного водоснабжения 39 с помощью насоса 40 и при необходимости подпитывается водой из биохимустановки 41 насосом 42. Пары, выделяющиеся при охлаждении кокса в теплообменных зонах первого 6 и второго 10 барабанов, дымососами 43 протягиваются через пылеуловители (например, орошаемые циклоны 44 и 45), пульпу из которых возвращают к потоку кокса в питателе 7. Выделяющийся при охлаждении кокса пар конденсируется в конденсаторе-холодильнике 46. Движение конденсата находится в цикле системы оборотного водоснабжения. Несконденсировавшиеся продукты подогревают продуктами горения из топки 47 и сбрасывают в атмосферу через трубу 48. Теплообменные зоны барабанов оснащены устройствами для замера температуры кокса. Вся установка и кожухи барабанов расположены на фундаменте 49 на уровне ±0,00, а камера охлаждения 1 и питатель 7 - на опорах 50. Установка оснащена подъемником 52 коксовозного вагона 51.
При выполнении отверстий для отсева кусков кокса требуемого размера и формы в корпусе барабана 10 устанавливают колосниковые решетки, как показано на фиг.2, колосники 53 устанавливают в обечайки 54 с пазами, расположенными с учетом требуемого зазора и обеспечивающими простоту установки.
При производстве доменного кокса и необходимости стабилизации его прочностных характеристик дозированным механическим воздействием на кокс второй барабан 10 устанавливают на площадке 56, как показано на фиг.3, одним концом опирающейся на фундамент 49, а вторым - на приспособление 57, позволяющее поднимать площадку 56 и изменять угол наклона барабана в диапазоне от 95 до 105° относительно оси камеры 1 (3-15° к горизонту). В местах сочленения трубопроводов 34, 35 и 36 в перегибаемой части устанавливают устройство 55, показанное на фиг.3 и 4, позволяющее менять угол наклона барабана 10 без нарушения установки и герметичности трубопроводов. Соединения трубопроводов 34, 35 и 36, введенных внутрь барабанов, с подающими трубопроводами после регуляторов расхода 37 выполняют из гибких шлангов 58.
Комплексная установка работает следующим образом.
Выдаваемый из коксовой камеры раскаленный кокс с t=1000±100°C через установку беспылевой выдачи кокса (УБВК) загружают в коксовозный вагон, принимающий кокс с одной установки, аналогичный применяемому на УСТК или в прототипе.
Вагон с раскаленным коксом подают в шахту подъемника, подъемником 52 поднимают на верх камеры охлаждения 1 и устанавливают на загрузочное устройство 3. Раскаленный кокс из коксовозного вагона загружают внутрь камеры охлаждения 1.
Камера охлаждения 1 в верхней части имеет форкамеру 2 для изотермического выдерживания кокса. Полость над форкамерой 2 оснащают устройством для отвода выделяющихся в ней газов с передачей их в топку дожига 47 и далее на подогрев несконденсировавшихся продуктов и в дымовую трубу 48.
В камеру охлаждения встроены теплообменники 4, представляющие собой расположенные в шахматном порядке водоохлаждаемые панели и являющиеся единым энерготехнологическим агрегатом - парогенератором. В нижней части камеры охлаждения 1 установлено специальное разгрузочное устройство 5, обеспечивающее равномерную разгрузку камеры охлаждения 1 по всему сечению при прохождении кокса под действием силы тяжести. В теплообменниках 4 за счет прохождения воды через водоохлаждаемые панели и продвижения между ними кокса происходит его охлаждение и нагрев воды. Равномерность охлаждения по сечению обеспечивается шахматным расположением водоохлаждаемых панелей и конструкцией разгрузочного устройства 5.
За счет косвенного теплообмена образуется технологический пар высоких параметров, направляемый на нужды коксохимического производства. Кокс при этом охлаждается до температуры 650±10°C.
Охлажденный в камере охлаждения кокс поступает на питатель 7, с которого с температурой (650±5°C) поступает в первый, вращающийся с частотой 1,5-3 об/мин, барабанный теплообменник 6.
Кокс перемещается вдоль барабана 6 вследствие его наклона в сторону разгрузочной части, перемешивается в результате вращения барабана и установленных внутри барабана устройств 18 и орошается поступающей по трубопроводам 34 и 35 водой через установленные на трубопроводах форсунки в заданном и регулируемом количестве. При этом кокс при поступлении в полость второго барабана 10 охлаждается до t ~240-280°C.
Далее от потока кокса, который продолжает перемещение в полости второго барабана 10, корпус которого выполнен с отверстиями 19 и 20 требуемого размера и формы и оснащен расположенными внутри по спирали устройствами для перемешивания 21 и 22, с зазором, равным размеру отверстий в корпусе, начинается последовательный отсев кусков кокса различной крупности.
По оси барабанов установлена трубная разводка 34 и 35 для барабана 6 и 36 для барабана 10, с автономной подачей воды для каждой зоны. Каждая труба, оснащенная форсунками и регуляторами расхода воды 37, присоединена к единому коллектору подачи воды 38.
При среднемассовой температуре общего потока кокса 240-280°C мелкие классы крупности при поступлении в зону отверстий 19 барабана 10 уже достигают температуры ~200°C и менее, в то время как более крупный кокс еще не достиг такого уровня температуры, что обусловлено различием скоростей охлаждения кусков разной крупности. Мелкие классы просеиваются через отверстия в корпусе барабана в зоне отверстий 19 и через шлюзовое разгрузочное устройство 28 поступают на конвейер 29 на отправку для дальнейшего рассева на более мелкие классы согласно производственному заданию. Мелкие классы не успевают переувлажниться, так как они до начала отсева находятся в смеси с крупными, еще не охлажденными кусками кокса. Одновременно в этой же зоне второго барабана 10 происходит отсос выделяющихся паров через газоотводящий патрубок 31 на неподвижном кожухе.
Критерием количества подаваемой воды в зоны барабана служат показатели температуры кокса по показаниям приборов и датчиков, установленных в корпусе барабана по его длине.
В зонах отверстий 19 и 20 второго барабана 10 трубопровод 36 с форсунками располагают не по центру, а в верхней трети диаметра, способствуя заданному уровню охлаждения, конденсации выделяющегося пара и пылеподавлению.
Образующийся в процессе охлаждения кокса в барабане 6 пар через газоотвод 27 и через газоотводы 31 из кожухов 24,25 и 26 второго барабана 10 системой аспирации 43 направляют в пылуловители 44 и 45. Пульпу и парогазовую смесь перерабатывают аналогично прототипу.
Как указывалось выше, мелкие классы (подрешетный продукт зоны отверстий 19 второго барабана 10) через шлюзовое разгрузочное устройство 28 подают на конвейер 29 и далее на коксовые бункеры для дальнейшего рассева по классам крупности. Средние классы (подрешетный продукт зоны отверстий 20 второго барабана 10) и крупные классы (надрешетный продукт зоны отверстий 20 второго барабана 10) через шлюзовые разгрузочные устройства 28 поступают на конвейеры 30, по которым их направляют для отправки потребителям или для загрузки в накопительные бункеры.
Совмещение процессов охлаждения кокса с его сортировкой по классам крупности не требует строительства не только рампы для выдерживания и отпаровывания охлажденного кокса, но и не требует строительства громоздкого, крупногабаритного (пятиэтажного) здания коксосортировки и использования большого количества специального рассеивающего оборудования и транспортирующих трактов.
Комплексную установку способа ступенчатого охлаждения кокса с сортировкой по классам крупности размещают на отметке уровня земли на фундаменте в одноэтажном здании, а выделенные товарные фракции кокса направляют по конвейерам для загрузки в накопительные бункеры. Только фракции кокса менее 25 мм (или менее 40 мм), подлежащие дальнейшему рассеву, направляют на рассеивающее устройство, где их, как обычно, подвергают дополнительному рассеву на составляющие классы и затем в соответствующие бункеры.
При производстве доменного кокса и необходимости стабилизации его прочностных характеристик дозированным механическим воздействием посредством приспособления 57 устанавливают второй барабан 10 под заданным углом, а также устанавливают нужную скорость его вращения, при которой обеспечивается заданный уровень механического воздействия на кокс.
Таким образом, при реализации данного изобретения здания бункеров для накопления товарных фракций кокса на коксосортировке не претерпевают никаких изменений, а вместо многоэтажного здания коксосортировки, где обычно размещают конвейеры, желоба и оборудование для сортировки кокса по классам крупности, требуется один этаж без каких-либо специальных усилений опорных колон. Соответственно уменьшаются затраты на отопление и вентиляцию. Сокращается и потребность в численности обслуживающего персонала коксосортировки.
Кроме того, отпадает необходимость в коксовой рампе с ее механизмами и обслуживающим персоналом.
Совмещение охлаждения кокса и сортировки его по классам крупности позволит:
- улучшить уровень и равномерность показателей качества производимого кокса (влажность, гранулометрический состав, увеличить прочность кокса и снизить его истираемость);
- упростить процесс сортировки кокса по классам крупности и снизить капитальные затраты при строительстве;
- сократить количество используемого для сортировки кокса оборудования и упростить требования к строительным конструкциям здания коксосортировки.