УСТАНОВКА СУХОГО ТУШЕНИЯ КОКСА

Полезная модель относится к коксохимической промышленности и может быть использована в установках сухого тушения кокса (далее УСТК).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Установки сухого тушения кокса основываются на охлаждении кокса в камере тушения кокса охлаждающим агентом, который циркулирует в системе циркуляции охлаждающего агента (см. Теплитский М.Г. и др. Сухое тушение кокса, М., «Металлургия», 1971, с.52-59). Камера тушения кокса представляет собой вертикально расположенную шахту, футерованную огнеупорной кладкой, в которую с помощью средства дозированной загрузки подают кокс. Тушение кокса в камере тушения кокса осуществляется пропусканием через слой кокса охлаждающего агента, который инертен по отношению коксу. Во время прохождения охлаждающего агента через слой кокса происходит теплообмен, в результате которого кокс отдает свое тепло охлаждающему агенту, который затем отводится из камеры тушения кокса в систему циркуляции охлаждающего агента. Система циркуляции охлаждающего агента содержит, как правило, фильтр грубой очистки, обычно выполненный в виде пылеосадительного бункера, котел-утилизатор, представляющий собой относительно герметичную камеру, в которой размещены теплообменные поверхности, которым охлаждающий агент отдает тепло, и средство для отвода избыточного объема охлаждающего агента из системы циркуляции охлаждающего агента. После котла-утилизатора установлен фильтр тонкой очистки охлаждающего агента, выполненный в виде циклона, затем следует тягодутьевое устройство, например, дымосос. Во время работы УСТК часть системы циркуляции охлаждающего агента постоянно находится под значительным разрежением, что приводит к присосам воздуха в систему циркуляции охлаждающего агента.
В систему циркуляции охлаждающего агента входит свеча, в качестве средства для отвода избыточного объема охлаждающего агента, который
образуется в системе циркуляции охлаждающего агента в результате присосов воздуха.
2
В результате, УСТК работает в определенном аэродинамическом режиме, а именно, в верхней части камеры тушения кокса поддерживают значение давления близкое к атмосферному (так называемый - аэродинамический ноль), что предотвращает выброс охлаждающего агента во время загрузки кокса в камеру тушения кокса, а также предотвращает попадание в охлаждающий агент воздуха, присутствие которого в охлаждающем агенте приводит к угару кокса. Поддержание в верхней части камеры тушения кокса аэродинамического ноля осуществляется за счет отвода избыточного объема охлаждающего агента в атмосферу через свечу системы циркуляции охлаждающего агента. Свеча системы циркуляции охлаждающего агента установлена после тягодутьевого устройства. В процессе работы УСТК в нижней части камеры тушения кокса значение давления превышает атмосферное на 200-300 кгс/м, вследствие большого сопротивления кокса во время прохождения охлаждающего агента через кокс, что приводит к выбросам охлаждающего агента из камеры тушения кокса в момент выгрузки кокса на транспортное средство, например конвейер. Для того чтобы предотвратить выброс охлаждающего агента из нижней части камеры тушения кокса устанавливают средство для непрерывной выгрузки кокса, в котором создают значение давления, равное атмосферному «аэродинамический затвор». Значение давления в средстве для непрерывной выгрузки кокса, которое равно атмосферному, создают с помощью контура рециркуляции охлаждающего агента и контура циркуляции газовой смеси. Контур рециркуляции охлаждающего агента связан со средством для непрерывной выгрузки кокса и системой циркуляции охлаждающего агента, что позволяет уменьшить разрежение в средстве для непрерывной выгрузки кокса и обеспечить безопасную выгрузку кокса на транспортное средство, а также позволяет предотвратить выбросы в атмосферу охлаждающего агента.
Определение величины присоса воздуха в систему циркуляции охлаждающего агента осуществляется в процессе работы УСТК. Так, во время работы УСТК, датчик давления, который расположен в верхней части УСТК, постоянно контролирует значение давления в верхней части камеры тушения кокса. При увеличении давления в верхней части камеры тушения кокса
происходит отвод избыточного объема охлаждающего агента из системы циркуляции охлаждающего агента через свечу в атмосферу. Во время отвода избыточного объема охлаждающего агента через свечу в атмосферу производят измерения количества охлаждающего агента с помощью известных средств, например, расходомеров. После чего определяют, какой избыточный объем охлаждающего агента был сброшен в атмосферу в единицу времени (час). Затем делят полученное значение на значение количества охлаждающего агента, которое пришлось на тушение кокса в камере тушения кокса за тот же промежуток времени (час), после чего получают коэффициент присоса воздуха. На основании коэффициента присоса воздуха судят об эффективности работы УСТК. Коэффициент присоса воздуха в УСТК может составлять до 15%. При коэффициенте присоса воздуха равном 15% и более УСТК останавливают на капитальный ремонт.
АНАЛОГ
Известна установка сухого тушения кокса (патент RU №2111230, С10В 39/02, опубл. 20.05.1998).
Установка сухого тушения кокса, содержит:
a) камеру тушения кокса,
b) систему циркуляции охлаждающего агента, включающую котел-утилизатор и средство для отвода избыточного объема охлаждающего агента из системы циркуляции охлаждающего агента,
c) средство для непрерывной выгрузки кокса из камеры тушения кокса,
d) контур рециркуляции охлаждающего агента, связывающий средство для непрерывной выгрузки кокса с системой циркуляции охлаждающего агента.
Конструктивной особенностью известной УСТК является то, что УСТК оснащена дополнительным контуром рециркуляции охлаждающего агента, который соединен со средством для непрерывной выгрузки кокса и системой циркуляции охлаждающего агента. Система циркуляции охлаждающего агента
снабжена средством для отвода избыточного объема охлаждающего агента в виде свечи. Поддержание в верхней части камеры тушения кокса аэродинамического ноля, осуществляется за счет отвода в атмосферу избыточного объема охлаждающего агента через вышеуказанную свечу.
3
Недостатком УСТК является то, что поддержание в верхней части камеры тушения кокса аэродинамического ноля осуществляется за счет отвода избыточного объема охлаждающего агента в атмосферу через свечу, что приводит к загрязнению окружающей среды. Известно, что охлаждающий агент содержит около 6% окиси углерода, теплотворная способность которой составляет 3270 ккал/м. Таким образом, в известной УСТК не используется химическое тепло, которое содержится в охлаждающем агенте. Отвод охлаждающего агента в атмосферу приводит к неэффективной утилизации тепла, содержащегося в охлаждающем агенте, и загрязнению окружающей среды.
ПРОТОТИП
Известна установка сухого тушения кокса (а.с. SU №1600329, С10В 39/02, опубл. 07.02.1992).
Установка сухого тушения кокса содержит:
a) камеру тушения кокса,
b) систему циркуляции охлаждающего агента, включающую котел-утилизатор и средство для отвода избыточного объема охлаждающего агента из системы циркуляции охлаждающего агента,
c) средство для непрерывной выгрузки кокса из камеры тушения кокса,
d) контур рециркуляции охлаждающего агента, связывающий средство для непрерывной выгрузки кокса с системой циркуляции охлаждающего агента.
Система циркуляции охлаждающего агента содержит свечу для отвода избыточного объема охлаждающего агента.
Особенностью известной УСТК является то, что поддержание в верхней части камеры тушения кокса аэродинамического ноля осуществляется за счет отвода в атмосферу избыточного объема охлаждающего агента через свечу системы циркуляции охлаждающего агента. Также особенностью УСТК является то, что отвод избыточного объема охлаждающего агента из системы циркуляции охлаждающего агента производится в атмосферу в объеме равном величине присосов воздуха.
Недостатком УСТК является то, что при отводе избыточного объема охлаждающего агента в атмосферу через свечу системы циркуляции охлаждающего агента в известной УСТК не используется химическое тепло, которое содержится в охлаждающем агенте. Отвод избыточного объема охлаждающего агента в атмосферу приводит к неэффективной утилизации химического тепла, содержащегося в охлаждающем агенте, а также к загрязнению окружающей среды.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей полезной модели является разработка установки сухого тушения кокса, которая позволяет увеличить эффективность утилизации тепла, содержащегося в коксе, и позволяет уменьшить загрязнение окружающей среды окисью углерода.
Поставленная задача полезной модели достигается за счет использования химического тепла, содержащегося в охлаждающем агенте, который отводят из средства для непрерывной выгрузки кокса и/или из системы циркуляции охлаждающего агента в дополнительный котел-утилизатор, в котором охлаждающий агент подвергают термической обработке с последующей утилизацией тепла отходящих газов, которые образовались в результате термической обработки упомянутого охлаждающего агента в дополнительном котле-утилизаторе.
Также поставленная задача полезной модели достигается за счет усовершенствования аэродинамического режима в установках сухого тушения кокса, который позволяет увеличить организованный присос воздуха в средство для непрерывной выгрузки кокса и дополнительно утилизировать тепло кокса.
Поставленная задача достигается тем, что в известной установке сухого тушения кокса, содержащей:
a) камеру тушения кокса,
b) систему циркуляции охлаждающего агента, включающую котел-утилизатор и средство для отвода избыточного объема охлаждающего агента из системы циркуляции охлаждающего агента,
c) средство для непрерывной выгрузки кокса из камеры тушения кокса,
d) контур рециркуляции охлаждающего агента, связывающий средство для непрерывной выгрузки кокса с системой циркуляции охлаждающего агента, согласно заявляемой полезной модели,
e) установка сухого тушения кокса содержит дополнительный котел-утилизатор, который связан со средством для непрерывной выгрузки кокса и/или с системой циркуляции охлаждающего агента.
Использование дополнительного котла-утилизатора обеспечивает повышение эффективности утилизации тепла, содержащегося в коксе, за счет использования химического тепла, содержащегося в охлаждающем агенте, который подвергают термической обработке в дополнительном котле-утилизаторе.
В частном варианте выполнения установки сухого тушения кокса дополнительный котел-утилизатор содержит теплообменник и реактор, содержащий, по меньшей мере, одно горелочное устройство, а также снабженный дымососом.
В частном варианте выполнения установки сухого тушения кокса реактор дополнительного котла-утилизатора связан с системой циркуляции охлаждающего агента, а горелочное устройство дополнительного котла-утилизатора связано со средством для непрерывной выгрузки кокса. Соединение, по меньшей мере, одного горелочного устройства дополнительного котла-утилизатора со средством для непрерывной выгрузки кокса увеличивает эффективность работы горелочного устройства и
обеспечивает увеличение утилизации охлаждающего агента, а также увеличивает эффективность утилизации тепла отходящих газов, за счет подачи нагретой газовой смеси в горелочное устройство.
ЧЕРТЕЖИ
Фиг.1 - предпочтительная компоновка установки сухого тушения кокса;
Фиг.2 - частный пример выполнения установки сухого тушения кокса.
ВЫПОЛНЕНИЕ УСТАНОВКИ СУХОГО ТУШЕНИЯ КОКСА
Предпочтительный вариант выполнения установки сухого тушения кокса изображен на фиг.1, согласно которому установка содержит:
a) камеру тушения кокса 1,
b) систему циркуляции 2 охлаждающего агента, связывающую камеру тушения кокса 1 с котлом-утилизатором 3,
c) средство для непрерывной выгрузки кокса 4 из камеры тушения кокса 1,
d) контур рециркуляции 5 охлаждающего агента, связывающий средство для непрерывной выгрузки кокса 4 с системой циркуляции 2 охлаждающего агента.
Также установка сухого тушения кокса содержит дополнительный котел-утилизатор 6, который связан со средством для непрерывной выгрузки кокса 4 и с системой циркуляции 2 охлаждающего агента.
1
Дополнительный котел-утилизатор 6 снабжен дымососом 7. При этом котел-утилизатор 6 включает теплообменник 8 и реактор 9, содержащий, по меньшей мере, одно горелочное устройство 10.
1
2
Реактор 9 дополнительного котла-утилизатора 6 связан с системой циркуляции 2 охлаждающего агента трубопроводом 11, который является средством для отвода избыточного объема охлаждающего агента из системы циркуляции 2 охлаждающего агента. Горелочное устройство 10 дополнительного котла-утилизатора 6 связано со средством для непрерывной выгрузки кокса 4 трубопроводом 11, на котором установлены пылеочиститель
2
2
12, дымосос 7 и регулятор 13 подачи газовой смеси в горелочное устройство 10.
1
1
Трубопровод 11 снабжен регулятором 13 подачи охлаждающего агента из системы циркуляции 2 охлаждающего агента в реактор 9 дополнительного котла-утилизатора 6.
3
3
Система циркуляции 2 охлаждающего агента содержит дымосос 7, а контур рециркуляции 5 охлаждающего агента снабжен регулятором 13 для регулирования подачи охлаждающего агента из средства для непрерывной выгрузки кокса 4 в систему циркуляции 2 охлаждающего агента.
В верхней части камеры тушения кокса 1 установлен датчик давления 14, а под средством для непрерывной выгрузки кокса 4 размещено транспортное средство 15 для удаления охлажденного кокса из рабочей зоны УСТК.
1
Дополнительный котел-утилизатор 6 снабжен газоходом 16, установленным после дымососа 7, для удаления газов, отходящих из дополнительного котла-утилизатора 6.
РАБОТА УСТАНОВКИ СУХОГО ТУШЕНИЯ КОКСА
Работа заявляемой установки сухого тушения кокса (см. фиг.1) осуществляется следующим образом.
3
Кокс, полученный методом коксования в коксовых печах, с помощью погрузчиков (на чертежах не показаны) загружают в камеру тушения кокса 1. В камере тушения кокса 1 производят сухое тушение кокса за счет пропускания через слой кокса охлаждающего агента. Циркуляция охлаждающего агента в камере тушения кокса 1 осуществляется с помощью системы циркуляции 2 охлаждающего агента, которая снабжена котлом-утилизатором 3 и дымососом 7. Кокс, вследствие действия сил гравитации, из камеры тушения кокса 1 поступает в средство для непрерывной выгрузки кокса 4. Одновременно с указанным перемещением кокса в средство для непрерывной выгрузки кокса 4 поступает охлаждающий агент из системы циркуляции 2 охлаждающего агента. Из средства для непрерывной выгрузки кокса 4 производят отвод охлаждающего агента по контуру рециркуляции 5 охлаждающего агента в систему циркуляции 2 охлаждающего агента. Регулирование количества
3
охлаждающего агента, отводимого из средства для непрерывной выгрузки кокса 4 в систему циркуляции 2 охлаждающего агента, осуществляется регулятором 13 подачи охлаждающего агента в соответствии с давлением в верхней части камеры тушения кокса 1, регистрируемым датчиком давления 14.
2
Также производят отвод избыточного объема охлаждающего агента из средства для непрерывной выгрузки кокса 4 в горелочное устройство 10 дополнительного котла-утилизатора 6 по трубопроводу 11. При отводе избыточного объема охлаждающего агента в горелочное устройство 10 происходит смешение избыточного объема охлаждающего агента с воздухом, который поступает в средство для непрерывной выгрузки кокса 4 вследствие присоса воздуха из атмосферы.
2
2
Регулирование избыточного объема охлаждающего агента, который отводят из средства для непрерывной выгрузки кокса 4 в горелочное устройство 10 дополнительного котла-утилизатора 6, осуществляется с помощью дымососа 7 и регулятора 13 подачи газовой смеси, содержащей охлаждающий агент. Также при отводе избыточного объема охлаждающего агента из средства для непрерывной выгрузки кокса 4 в горелочное устройство 10 осуществляется обеспыливание охлаждающего агента с помощью пылеочистителя 12, после чего газовую смесь, содержащую охлаждающий агент и обогащенную топливом (например, коксовым газом), подают в горелочное устройство 10 дополнительного котла-утилизатора 6.
1
1
Также производят отвод избыточного объема охлаждающего агента из системы циркуляции 2 охлаждающего агента в реактор 9 дополнительного котла-утилизатора 6 по трубопроводу 11. При этом регулирование количества охлаждающего агента, подаваемого в реактор 9 из системы циркуляции 2 охлаждающего агента, осуществляется регулятором 13 подачи охлаждающего агента.
В дополнительном котле-утилизаторе 6 происходит термическая обработка избыточного объема охлаждающего агента, который отводят из системы циркуляции 2 охлаждающего агента и/или из средства для непрерывной выгрузки кокса 4, в результате чего образуются отходящие газы, которые отдают тепло теплообменнику 8, после чего отходящие газы отводятся
1
из дополнительного котла-утилизатора 6 с помощью дымососа 7 в атмосферу по газоходу 16.
Кокс, прошедший процесс тушения, из средства для непрерывной выгрузки кокса 4 поступает на транспортное средство 15 и удаляется из рабочей зоны УСТК.
3
3
4
3
В соответствии с частным примером выполнения установки сухого тушения кокса, изображенным на фиг.2, дополнительный котел-утилизатор 6 связан со средством для непрерывной выгрузки кокса 4 посредством трубопровода 11. При этом на трубопроводе 11 смонтирован регулятор-распределитель 13, который обеспечивает регулирование подачи газовой смеси как в реактор 9, так и в горелочное устройство 10 дополнительного котла-утилизатора 6. Это позволяет распределить объем газовой смеси, подаваемой в дополнительный котел-утилизатор 6, в соотношении, которое обеспечивает максимальную эффективность работы УСТК. В этом случае отвод избыточного объема охлаждающего агента осуществляется через средство для непрерывной выгрузки кокса 4 в дополнительный котел-утилизатор 6, а регулирование отвода производят регулятором 13.
В УСТК, компоновка которой представлена на фиг.1, производительность составляла 52 т/ч по коксу. Контролировали значение давления в камере тушения кокса 1 с помощью датчика давления 14, расположенного в верхней части камеры тушения кокса 1. Коэффициент присоса воздуха в систему циркуляции 2 охлаждающего агента составил 6,08%.
Во время испытания установки сухого тушения кокса проводили:
a) дозированную загрузку кокса в камеру тушения кокса 1 по мере разгрузки коксовых печей (на чертежах не показаны), в которых был получен кокс методом коксования,
3
b) охлаждение кокса в камере тушения кокса 1 охлаждающим агентом, для чего подавали 74000 м/ч охлаждающего агента по системе циркуляции 2 охлаждающего агента в камеру тушения кокса 1,
3
c) по мере поступления кокса температурой 250°C из камеры тушения кокса 1 в средство для непрерывной выгрузки кокса 4 осуществляли отвод 7500 м/ч охлаждающего агента температурой
170°C из контура циркуляции 2 охлаждающего агента в средство для непрерывной выгрузки кокса 4,
3
3
d) поступивший в средство для непрерывной выгрузки кокса 4 охлаждающий агент с температурой 170°C в объеме 7500 м/ч, в результате контакта с коксом, имеющим температуру 250°C, нагревался до температуры 220°C. После чего производили отвод охлаждающего агента в объеме 7000 м/ч из средства для непрерывной выгрузки кокса 4 по контуру рециркуляции 5 охлаждающего агента в систему циркуляции 2 охлаждающего агента,
3
3
3
2
e) также производили отвод части избыточного объема охлаждающего агента температурой 220°C в количестве 500 м/ч из средства для непрерывной выгрузки кокса 4 по трубопроводу 11 в горелочное устройство 10 дополнительного котла-утилизатора 6. При отводе 500 м/ч избыточного объема охлаждающего агента из средства для непрерывной выгрузки кокса 4 в горелочное устройство 10 происходило смешение охлаждающего агента с воздухом, который в объеме 1300 м/ч поступал в средство для непрерывной выгрузки кокса 4. В дополнительном котле-утилизаторе 6 охлаждающий агент подвергали термической обработке при температуре 1000°C, с последующей утилизацией тепла отходящих газов с помощью теплообменника 8 дополнительного котла-утилизатора 6,
3
1
f) также производили отвод 4000 м/ч избыточного объема охлаждающего агента температурой 170°C из системы циркуляции 2 охлаждающего агента по трубопроводу 11 в реактор 9 дополнительного котла-утилизатора 6, в котором охлаждающий агент термически обрабатывали при температуре 1000°C. В результате термической обработки охлаждающего агента в дополнительном котле-утилизаторе 6 происходило дожигание СО (выделялось химическое тепло), что позволило увеличить эффективность утилизации тепла, содержащегося в коксе,
g) в процессе отвода охлаждающего агента из средства для непрерывной выгрузки кокса 4 в горелочное устройство 10
дополнительного котла-утилизатора 6 осуществляли введение топлива, например, коксового газа, с целью поддержания стабильного температурного режима в реакторе 9 дополнительного котла-утилизатора 6,
1
h) затем отходящие газы из дополнительного котла-утилизатора 6 с помощью дымососа 7 по газоходу 16 отводили в атмосферу,
i) производили выгрузку кокса из средства для непрерывной выгрузки кокса 4 на транспортное средство 15.
В нижеприведенной таблице представлены данные, полученные при испытаниях установки сухого тушения кокса.
ТАБЛИЦА
Показатель
Ед. измерения
Значение
1. Величина избыточного объема охлаждающего агента, который отводили из системы циркуляции 2 охлаждающего агента в дополнительный котел-утилизатор 6
м<sup>3</sup>/ч
4000
2. Часть избыточного объема охлаждающего агента, которую отводили из средства для непрерывной выгрузки кокса 4 в дополнительный котел-утилизатор 6
м<sup>3</sup>/ч
500
3. Концентрация окиси углерода (СО), содержащейся в охлаждающем агенте, который отводили в реактор 9 дополнительного котла-утилизатора 6 из системы циркуляции 2 охлаждающего агента
%
12
4. Количество топлива (коксового газа), которое вводили в горелочное устройство 10
м<sup>3</sup>/ч
300
5. Количество перегретого пара давлением 4 МПа и температурой 440°C, дополнительно полученного при термической обработки окиси углерода (СО) в дополнительном котле-утилизаторе 6
т/ч
1,7
6. Температура охлаждающего агента, который отводили из системы циркуляции 2 охлаждающего агента в дополнительный котел-утилизатор 6
°С
170
7. Температура охлаждающего агента, который отводили из средства для непрерывной выгрузки кокса 4 в дополнительный котел-утилизатор 6
°С
200
8. Температура кокса, который выгружали на транспортное средство 15 из средства для непрерывной выгрузки кокса 4
°C
200
9. Температура газов, отходящих из дополнительного котла-утилизатора 6
°С
180
Показатель
Ед. измерения
Значение
10. Количество воздуха, поступившего в результате организованного присоса воздуха в средство для непрерывной выгрузки кокса 4
м<sup>3</sup>/ч
1300
11. Увеличение эффективности утилизации тепла в УСТК за счет дожигания окиси углерода (СО)
%
7,0
12. Количество окиси углерода (СО), содержащейся в 1 м<sup>3</sup> газов, отходящих от дополнительного котла-утилизатора 6
%
0,01
Как следует из приведенных в таблице данных, использование заявляемой полезной модели увеличивает эффективность работы УСТК за счет использования химического тепла, получаемого при сжигании окиси углерода (СО), содержащейся в охлаждающем агенте. Это обеспечивает повышение эффективности утилизации тепла, содержащегося в коксе, и уменьшает загрязнение окружающей среды.