ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ КОКСОВАЯ ПЕЧЬ Российский патент 1995 года по МПК C10B5/00 C10B5/08 

Изобретение относится к конструкциям горизонтальных коксовых печей, в частности, к конструктивному выполнению отопительной системы торцевой, придверной зоны печи, и может найти применение в коксохимической промышленности.

Известна горизонтальная коксовая печь, оборудованная устройством для дифференцированной подачи воздуха и газа в вертикальные отопительные каналы, содержащая секции регенератора, подовый канал, колосниковую решетку, установленную между подовым каналом и секциями регенератора, металлическую разделительную перегородку, установленную в подовом канале между крайней и остальными секциями регенератора и заслонку для регулирования подачи воздуха или газа, расположенную в подовом канале и соединенную с приводом кантовочного механизма [1]
Недостатком данной коксовой печи является сложность эксплуатации, обусловленная как температурными воздействиями, нарушающими герметичность перегородки, так и углеродистыми отложениями на оси вращения заслонки, которые выводят ее из строя.

Ближайшим аналогом предлагаемой печи является горизонтальная коксовая печь, включающая камеру коксования, обогревательные простенки, состоящие из вертикальных отопительных каналов, соединенных попарно посредством перевальных и рециркуляционных окон внутри каждой пары, и каждая крайняя пара отопительных каналов обогревательного простенка снабжена торцевым дополнительным каналом, соединенным с ними в верхней части их разделительной стенки посредством перевального окна, а в нижней части рециркуляционного окна, каналы для подвода отопительного газа из распределительных коллекторов и соединительные ходы для подвода воздуха из регенераторов в отопительные каналы [2]
Коксовая печь, принятая в качестве прототипа, не обеспечивает равномерного обогрева торцевой части угольной загрузки и устранения обвалов кокса при выдаче печей по той причине, что при постоянном проходном сечении отопительного канала увеличение подачи в него газа и воздуха интенсифицирует процесс горения. А это обусловливает возрастание неравномерности обогрева по высоте печи, повышает вероятность обвалов кокса при выдаче, то есть ухудшает эксплуатацию.

Технологические приемы, замедляющие горение газа, увеличение подачи газа или уменьшение подачи воздуха в торцевой отопительный канал не улучшают эксплуатацию, так как не устраняют неравномерность обогрева и не исключают обвалы кокса при выдаче печей.

Увеличение подачи газа в торцевой отопительный канал.

Это мероприятие снижает коэффициент избытка воздуха, вытягивает факел горения и увеличивает температуру в верхних частях угольной загрузки напротив торцевого дополнительного отопительного канала. При этом увеличивается (хоть и в меньшей мере) температура в нижних частях угольной загрузки, то есть происходит улучшение равномерности обогрева по высоте зоны торцевого отопительного канала.

Но это добавочное тепло (сверх необходимого для нагрева угольной загрузки и компенсации теплопотерь в атмосферу), образующееся в торцевом отопительном канале, обусловливает перегрев кокса напротив этого канала. В итоге появляется или увеличивается неравномерность обогрева частей угольной загрузки между торцевым и смежным с ним отопительными каналами, что ведет к обвалам кокса при выдаче печей и ухудшению эксплуатации.

Уменьшение подачи воздуха в торцевой отопительный канал.

Такое мероприятие вытягивает факел горения и увеличивает поступление тепла в верхние части угольной загрузки не только в торцевом дополнительном, но и в обоих отопительных каналах связанной с ним пары.

В итоге улучшится равномерность прогрева по высоте угольной загрузки напротив торцевого отопительного канала и появится перегрев верха и недогрев низа (ухудшение равномерности обогрева) в частях угольной загрузки напротив пары отопительных каналов, смежных с торцевым. Это обусловливает обвалы кокса при выдаче печей и ухудшает эксплуатацию.

Целью изобретения является улучшение эксплуатации за счет обеспечения равномерного обогрева торцевой части камеры коксования и устранения обвалов кокса при выдаче печей.

Это достигается тем, что в горизонтальной коксовой печи, включающей камеру коксования, обогревательные простенки, состоящие из вертикальных отопительных каналов, соединенных попарно посредством перевальных и рециркуляционных окон внутри каждой пары, и каждая крайняя пара отопительных каналов обогревательного простенка снабжена торцевым дополнительным каналом, соединенным с ним в верхней части их разделительной стенки посредством перевального окна, каналы для подвода отопительного газа из распределительных коллекторов и соединительные ходы для подвода воздуха из регенераторов в отопительные каналы, вертикальные отопительные каналы крайней пары снабжены индивидуальными соединительными ходами, выходящими в смежные регенераторы, соединительный ход торцевого дополнительного отопительного канала выполнен в кладке с возможностью сообщения с атмосферой, торцевой дополнительный отопительный канал соединен с двумя смежными распределительными коллекторами посредством одного или двух каналов для подвода отопительного газа, основание дополнительного отопительного канала приподнято над основанием смежного отопительного канала на 0,05-0,15 высоты последнего, а разделительная стенка между дополнительным и смежным отопительными каналами в своей нижней части выполнена сплошной.

Указанные отличия позволяют организовать непрерывный процесс горения газа в торцевом дополнительном отопительном канале, что обеспечит в итоге улучшение эксплуатации, повысит равномерность обогрева и устранит обвалы при выдаче печей.

Заявляемая совокупность признаков позволяет:
исключить необходимость подачи в торцевой отопительный канал увеличенных на 50-100% количеств газа и воздуха, что способствует улучшению равномерности обогрева торцевой части камеры коксования по высоте;
выполнение основания дополнительного отопительного канала над основанием смежного отопительного канала на 0,05-0,15 высоты последнего улучшает прогрев верха торцевой части угольной загрузки, то есть также способствует улучшению равномерности обогрева по высоте. При этом обогрев нижней (напротив 0,05-0,15 высоты от пода смежного отопительного канала) "необогреваемой" части угольной загрузки в заявляемой печи осуществляется за счет передачи тепла от перегретой нижней зоны кладки смежного отопительного канала;
подача в дополнительный отопительный канал воздуха не через регенератор, а напрямую из пространства под печью также способствует улучшению равномерности обогрева торцевой части угольной загрузки по высоте, так как замедляет горение газа, увеличивает передачу тепла в средние и верхние зоны торцевой части угольной загрузки и уменьшает в нижние;
выполнение разделительной стенки между дополнительным и смежным отопительными каналами в ее нижней части сплошной (без рециркуляционного окна) устраняет возможность "короткого замыкания" факела, что (устранение) для торцевого отопительного канала является обязательным. "Короткое замыкание" это эвакуация факела горения (продуктов горения) в регенератор не через перевальное окно, смежный отопительный канал и его соединительный ход, а сразу через рециркуляционное окно и соединительный ход. Для массовых отопительных каналов простенка "короткое замыкание" в каком-либо из них смягчается перераспределением в загрузку тепла от смежных (справа и слева) отопительных каналов путем усреднения температуры массива кладки простенка. В дополнительном отопительном канале "короткое замыкание" приводит к тому, что тепло отдается насадке регенератора и частично в нижнюю часть угольной загрузки, то есть ни о какой равномерности обогрева не может быть и речи. Отсутствие в заявляемой печи рециркуляционного окна делает обогрев торцевой части угольной загрузки гарантированным, то есть исключает неравномерность обогрева, обвалы кокса и ухудшение эксплуатации, которые обязательно появятся при "коротком замыкании".

Все отличительные признаки заявляемой коксовой печи необходимы и в совокупности с известными достаточны для решения поставленной задачи улучшения эксплуатации за счет обеспечения равномерного обогрева торцевой части камеры коксования и устранения обвалов кокса при выдаче печей.

На фиг. 1 изображена горизонтальная коксовая печь, продольный разрез по обогревательному простенку, регенераторам и соединительным ходам; на фиг.2 горизонтальный разрез печи на уровне рециркуляционных окон, разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 вертикальный разрез печи по батарее, разрезы Б-Б, В-В, Г-Г на фиг.1.

Предлагаемое устройство включает камеру 1 коксования (фиг.2 и 3), обогревательные простенки 2, состоящие из вертикальных отопительных каналов 3. Каналы 3 перевальными 4 и рециркуляционными 5 окнами соединяются попарно. Крайняя пара отопительных каналов 6 и 7 простенка 2 снабжена торцевым дополнительным отопительным каналом 8, который соединен с каналами 6 и 7 перевальным окном 4.

Для подвода в отопительные каналы 3, 6, 7 и 8 отопительного газа из распределительных коллекторов 9 и 10 имеются каналы 11 и 12 (фиг.2 и 3). Для подвода в отопительные каналы 3, 6 и 7 воздуха имеются соединительные ходы 13 и 14, соединяющие каналы 3, 6, 7 с регенераторами 15 и 16. При этом отопительный канал 6 соединен с регенератором 15 ходом 13, а отопительный канал 7 (фиг.3) соединен с регенератором 16 ходом 14.

В дополнительный отопительный канал 8 воздух поступает через соединительный ход 17, выходящий в пространство под печью 18. Отопительный газ в дополнительный отопительный канал 8 поступает через канал 19, который соединен с обоими распределительными коллекторами 9 и 10 простенка. Один из коллекторов коллектор 9 соединен также со всеми нечетными отопительными каналами 3 и каналом 6, а другой коллектор 10 четными отопительными каналами 3 и каналом 7.

Основание 20 дополнительного отопительного канала 8 приподнято над основанием смежного отопительного канала 6 на 0,05-0,15 высоты канала 6.

Разделительная стенка 21 между каналами 6 и 8 в своей нижней части выполнена сплошной (окно рециркуляции отсутствует).

Схема движения потоков воздуха, отопительного газа и продуктов горения в отопительной системе предлагаемой горизонтальной коксовой печи следующая.

Отопительный газ и воздух на его горение поступают в дополнительный отопительный канал 8 через канал 19 и соединительный ход 17 в количестве 70-100% от количеств газа и воздуха, поступающих в смежный отопительный канал 6.

В остальные нечетные отопительные каналы 3 и канал 6 отопительный газ поступает из распределительного коллектора 9 через каналы 11 (коллектор 10 в рассматриваемом кантовочном цикле отключен от газопровода).

Воздух в нечетные отопительные каналы 3 и канал 6 подают из регенератора 15 через соединительные ходы 13.

Продукты горения, образующиеся в дополнительном отопительном канале 8 и отопительном канале 6 через перевальные окна 4 поступают в отопительный канал 7, из которого через соединительный ход 14, регенератор 16, боров и дымовую трубу (на чертежах не показаны) выбрасываются в атмосферу.

Образующиеся в нечетных отопительных каналах 3 продукты горения через перевальные окна 4 поступают в четные отопительные каналы 3, из которых также через соединительные ходы 14, регенератор 16, боров и дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.

В следующем кантовочном цикле (после реверсии газовых потоков) направление движения газа, воздуха и продуктов горения меняется на обратное везде, кроме дополнительного отопительного канала 8.

Как и в рассмотренном выше кантовочном цикле, газ и воздух в данном кантовочном цикле продолжают поступать в дополнительный отопительный канал 8 через канал 19 и соединительный ход 17 в тех же количествах.

Отопительный газ поступает в четные отопительные каналы 3 и отопительный канал 7 из распределительного коллектора 10 через каналы 12 (коллектор 9 от газопровода отключен). Воздух в четные отопительные каналы 3 и отопительный канал 7 подают из регенератора 16 через соединительные ходы 14.

Продукты горения, образующиеся в дополнительном отопительном канале 8 и отопительном канале 7, через перевальные окна 4 поступают в отопительный канал 6, из которого через соединительный ход 13, регенератор 15, боров и дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.

Образующиеся в четных отопительных каналах 3 продукты горения через перевальные окна 4 поступают в нечетные отопительные каналы 3, из которых через соединительные ходы 13, регенератор 15, боров и дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.

П р и м е р 1. Обоснование правомерности выбора размеров дополнительного отопительного канала.

В табл.1 приведены сравнительные данные теплотехнического режима крайнего и предкрайнего (1-го и 2-го) отопительных каналов заявляемой коксовой печи для различных значений расстояния между основаниями этих каналов. Данные этой таблицы получены расчетом с использованием результатов гидравлического моделирования процесса смешения газа с воздухом на модели отопительной системы заявляемой печи.

Из данных табл. 1 следует, что в заявляемом интервале расстояния между основаниями крайнего и предкрайнего отопительных каналов, равном 0,05-0,15 высоты предкрайнего, обеспечивается минимальный (не более 30^оС) перепад температур в загрузке между верхом и низом и в зонах между крайним и предкрайним каналами.

Такая равномерность прогрева угольной загрузки в зоне крайнего и предкрайнего отопительных каналов обеспечивает монолитность коксового пирога, достаточную для исключения обвалов кокса при выдаче печей и улучшения эксплуатации.

При увеличении расстояния между основаниями крайнего и предкрайнего отопительных каналов выше 0,15 или уменьшении ниже 0,05 высоты предкрайнего перепады температур в загрузке между верхом и низом резко возрастают до 50-100^оС. В этих условиях монолитность коксового пирога ухудшается, что обусловит резкое увеличение количества обвалов кокса при выдаче печей и ухудшение эксплуатации.

П р и м е р 2. Сопоставительный анализ работы предлагаемой конструкции коксовой печи и печи по прототипу.

Ниже в табл. 2 приведены сравнительные данные теплотехнического режима крайних (торцевых), предкрайних и смежных с ними отопительных каналов объекта-прототипа (базовый объект) и предлагаемой горизонтальной коксовой печи. Данные таблицы получены расчетным путем с использованием результатов исследования процесса смешения газа и воздуха на гидравлических моделях отопительных систем печи по прототипу и предлагаемой печи.

Из приведенных данных следует, что изменение в заявляемой печи системы обогрева дополнительного и соединенной с ним пары отопительных каналов обеспечивает существенное улучшение равномерности обогрева угольной загрузки в торцевой части камеры коксования, что должно устранить обвалы кокса при выдаче печей и улучшить их эксплуатацию.

Использование: горизонтальные коксовые печи, в частности конструктивное выполнение отопительной системы торцевой, придверной зоны печи, и может найти применение в коксохимической промышленности. Сущность изобретения: горизонтальная коксовая печь содержит камеру коксования, обогревательные простенки, состоящие из вертикальных отопительных каналов, соединенных попарно посредством перевальных и рециркуляционных окон внутри каждой пары, и каждая крайняя пара отопительных каналов обогревательного простенка снабжена торцевым дополнительным отопительным каналом, соединенным с ними в верхней части их разделительной стенки посредством перевального окна, каналы для подвода отопительного газа из распределительных коллекторов и соединительные ходы для подвода воздуха из регенераторов в отопительные каналы, вертикальные отопительные каналы крайней пары снабжены индивидуальными соединительными ходами, выходящими в смежные регенераторы, соединительный ход торцевого дополнительного отопительного канала выполнен в кладке с возможностью сообщения с атмосферой, торцевой дополнительный отопительный канал соединен с двумя смежными распределительными коллекторами посредством одного или двух каналов для подвода отопительного газа, основание торцевого дополнительного отопительного канала приподнято под основанием смежного отопительного канала на 0,05 0,15 высоты последнего, а разделительная стенка между дополнительным и смежным отопительными каналами в своей нижней части выполнена сплошной. 3 ил. 2 табл.

ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ КОКСОВАЯ ПЕЧЬ, включающая камеру коксования, обогревательные простенки, состоящие из вертикальных отопительных каналов, соединенных попарно посредством перевальных и рециркуляционных окон внутри каждой пары, при этом каждая крайняя пара отопительных каналов обогревательного простенка снабжена торцевым дополнительным каналом, соединенным с ними в верхней части их разделительной стенки посредством перевального окна, а также каналы для подвода отопительного газа из распределительных коллекторов и соединительные ходы для подвода воздуха из регенераторов в отопительные каналы, отличающаяся тем, что, с целью улучшения эксплуатации за счет обеспечения равномерного обогрева торцевой части камеры коксования и устранения обвалов кокса при выдаче печей, вертикальные отопительные каналы крайней пары снабжены индивидуальными соединительными ходами, соединенными со смежными регенераторами, каждый торцевой дополнительный отопительный канал выполнен с соединительным ходом, размещенным в кладке с возможностью сообщения с атмосферой, и соединен с двумя смежными распределительными коллекторами посредством одного или двух каналов для подвода отопительного газа, основание торцевого дополнительного отопительного канала размещено над основанием смежного отопительного канала на 0,05-0,15 высоты последнего, а разделительная стенка между дополнительным и смежным отопительными каналами в нижней части выполнена сплошной.