ВЕРТИКАЛЬНАЯ КАМЕРНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ПРОКАЛИВАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 1999 года по МПК C10B1/04 C10B3/00 

Изобретение относится к области термической переработки различных твердых углеродсодержащих топлив, например, нефтяного кокса и угля. Может быть использовано в металлургической и коксохимической промышленностях.

Известны вертикальные непрерывно действующие печи с нагревом твердого топлива через огнеупорную стенку, разделяющую камеру термообработки и отопительную систему (Авт. св. 1518347, патенты 2039786, 2058991, 2091426).

Все эти печи выкладываются из огнеупорного кирпича. Их конструкции отличаются в основном варьированием высоты зон нагрева, прокалки и охлаждения, а также расположением газораспределяющих окон.

Недостатками известных печей является то, что в условиях жесткого режима работы (температура (1300-1400)^oC, переработка мелкого сырья с высоким содержанием летучих - до (30-40)%) происходит разрушение огнеупорной кладки отдельных зон агрегата. Конструкция перекрытия печей не гарантирует отсутствия газовых перетоков через стенки.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции печи по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является конструкция вертикальной печи для термообработки твердого топлива, содержащая камеру термообработки и нагревательные каналы, которые имеют большую толщину разделительной стенки в нижней зоне (патент Российской Федерации N 2039786). Конструкция данной печи принята за прототип.

Достоинством данной печи является наличие дифференцированной толщины огнеупорной стенки в зоне передачи тепла из отопительной системы в камеру термообработки. Увеличенная на (15-75)% толщина огнеупора в наиболее нагретой зоне позволяет поднять допустимую температуру процесса на (60-70)^oC, лучше распределить тепло по высоте печи.

Недостатки известной печи заключаются в следующем.

Конструкция и размеры сборного канала дымовых продуктов, как показал опыт эксплуатации, не являются оптимальными. Верхняя часть печи, где расположен сборный канал дымовых продуктов, работает в условиях частой смены температур при периодической загрузке сырья, а также колебаний давления газовых продуктов от 20 до 200 мм вод.ст. Повышенное сечение канала, а также использование нормальных огнеупорных марок кирпича, не гарантирующих герметичность и жесткость конструкции, приводит к быстрому разрушению канала. Срок службы перекрытия снижается на (10-20)% от проектного.

Кроме того, дифференциация толщины теплопередающей стенки печи по ее высоте выполнена без учета фактического распределения температуры по высоте отопительного канала. При этом варианте не обеспечивается главная цель процесса - передать максимум тепла через стенку и, в то же время, обеспечить необходимый срок службы печей в условиях высоких температур.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности теплопередачи и срока службы печей.

Указанный эффект достигается тем, что в вертикальной камерной печи для прокаливания твердого топлива, включающей камеру термообработки, вертикальные отопительные каналы, разделительная стенка которых в нижней зоне имеет большую толщину, кирпичное огнеупорное перекрытие отопительной системы с использованием замковых и шпунтованных марок, а также сборный канал дымовых продуктов, расположенный в перекрытии, согласно изобретению, ширина сборного канала составляет (25-40)% толщины перекрытия отопительной системы, причем замковые марки кирпича выполнены размероопределяющими для верхнего и нижнего сечения сборного канала, а шпунтованные марки уложены как минимум в 2-х рядах по горизонтальному сечению перекрытия. Кроме того, увеличение толщины стенки отопительного канала выполнено на (25-45)% его высоты от основания.

Существенным отличием предлагаемой печи является конструкция сборного канала, большая жесткость которого обеспечивается оптимальным сечением канала и использованием размерофиксирующих замковых марок кирпича. Уменьшение ширины канала до 40% и менее от толщины перекрытия снижает вероятность обрушения огнеупорного кирпича в случае термических деформаций в перекрытии отопительных каналов. Нижнее ограничение выбранного интервала величиной 25% связано с возрастанием в этом случае гидравлического сопротивления отопительной системы сверх регламентируемой величины (60 мм вод. ст.), а также перерасходом огнеупорного материала. В отличие от прототипа, имеющего ширину канала (45±5)% от толщины перекрытия, предложенный вариант позволяет вдвое снизить объем горячих аварийных ремонтов.

Особенностью предложенной конструкции сборного канала дымовых продуктов является также использование при кладе специальных замковых марок кирпича, определяющих и фиксирующих выбранный размер сечения канала. Это позволяет сохранить геометрию отопительной системы даже в случае аварийного появления трещин в кирпиче. В отличие от прототипа, где используемые марки кирпича не связаны с формой и размером канала, предложенная конструкция гарантирует проектный срок службы печи (12 лет) даже в случае работы печи в сверхрегламентном температурном режиме (более 1300^oC).

Использование в этой зоне в отличие от прототипа шпунтованных марок кирпича позволяет увеличить газовую герметичность кладки печи. Как показали испытания, наличие 2-х таких рядов по ширине перекрытия уже гарантирует отсутствие перетоков газа из реакционной камеры в отопительную систему при регламентном давлении 60 мм вод. ст.

Существенным отличием предложенной конструкции является конкретизация уровня увеличенной толщины стенки отопительного канала от 25% до 45% его высоты от основания. Высота факела, а значит и уровень максимально допустимой температуры (1500^oC), зависит в первую очередь, от расхода и вида газового топлива. Для данной печи калорийность отопительного газа колеблется от 600 до 1000 ккал/м³, а расход - от 200 до 350 м³/ч. В табл. 1 показано изменение уровня максимальной температуры в отопительном канале в зависимости от режима термообработки (см. в конце описания).

Минимум из заявленного уровня (25%) соответствует минимально необходимой высоте утолщенной стенки в наиболее мягком режиме работы печи. Верхний уровень (45%) достаточен для максимально жесткого режима, а превышение его нецелесообразно из-за ухудшения в этом случае теплопередачи в верхней низкотемпературной зоне отопительного вертикала. Предложенная конструкция позволит поднять максимально допустимую температуру процесса на (60-70)^oC при одновременном снижении удельного расхода тепла с 810 ккал/кг до 795 ккал/кг продукта.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 и 2 изображена вертикальная камерная печь для прокаливания твердого топлива. Печь включает камеру термообработки 1, отопительные вертикалы 2, разделительную огнеупорную стенку 3, имеющую по высоте разную толщину, сборный канал дымовых продуктов 5, замковые марки кирпича 4, ограничивающие сечение канала, а также шпунтованные марки кирпича 6, расположенные в перекрытии вертикалов и разделяющие отопительную систему и камеру термообработки.

Заявляемая ширина сборного канала определяется соотношением a/b на фиг. 1, а уровень увеличенной толщины стенки отопительного вертикала соотношением c/d на фиг. 1.

Работа печи осуществляется следующим образом. Твердое углеродсодержащее топливо (например, нефтяной кокс крупностью (0-100) мм) продвигается в камере термообработки 1 сверху вниз под действием силы тяжести. При этом оно подвергается нагреву и прокалке за счет тепла, передаваемого через разделительную стенку 3 при сжигании отопительного газа в вертикалах 2. Продукты сгорания поднимаются в верхнюю часть печи и собираются в сборном канале 5, откуда удаляются за счет естественной тяги в дымовую трубу. Газовые продукты прокалки топлива, максимум давления которых находится в камере напротив сборного канала, удаляются из печи за счет искусственного разрежения. Толщина стенки камеры термообработки в печах такого типа варьируется обычно в интервале (90-170) мм. Минимальную толщину имеет верхняя часть разделительной стенки, максимальную (напротив факела) - нижняя ее часть ("с" на фиг. 1).

Опробование предложенной конструкции печи было выполнено в опытно-промышленных условиях в течение 3-месячного пробега. Термообработке подвергался нефтяной кокс крупностью (0-100) мм следующей характеристики:
влажность, % - 8,5
летучие, %. - 10,2
зольность, %. - 0,3
Технологический режим переработки кокса в печи в период эксперимента был следующий:
Производительность по сырью, т/сут. - 6,7
расход газа (Q_н=860 ккал/м³) м³/ч - 285
заявляемые размеры (см. фиг.1), %:
a/b - 32
c/d - 35
По сравнению с прототипом предложенная конструкция вертикальной камерной печи для прокаливания твердого топлива позволяет улучшить основные технико-экономические показатели данного агрегата, увеличить на 20% его срок службы. Одновременно улучшаются экологические условия эксплуатации такой печи за счет снижения газовых выбросов в атмосферу и на рабочие площадки.

Изобретение относится к термической переработке различных твердых углеродсодержащих топлив, которые могут быть использованы в металлургической и коксохимической промышленностях. Изобретение для прокаливания твердого топлива включает камеру термообработки, вертикальные отопительные каналы, разделительная стенка которых в нижней зоне имеет большую толщину, кирпичное огнеупорное перекрытие относительной системы с использованием замковых и шпунтовых марок, а также сборный канал дымовых продуктов, расположенный в перекрытии. Ширина сборного канала составляет 25-40% толщины перекрытия отопительной системы, замковые марки кирпича выполнены размероопределяющими для верхнего и нижнего сечений сборного канала, а шпунтовые марки уложены как минимум в двух рядах по горизонтальному сечению перекрытия. Использование данного изобретения позволяет увеличить срок службы печи и снизить газовые выбросы в атмосферу. 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Вертикальная камерная печь для прокаливания твердого топлива, включающая камеру термообработки, вертикальные отопительные каналы, разделительная стенка которых в нижней зоне имеет большую толщину, кирпичное огнеупорное перекрытие отопительной системы с использованием замковых и шпунтованных марок, а также сборный канал дымовых продуктов, расположенный в перекрытии, отличающаяся тем, что ширина сборного канала составляет 25 - 40% толщины перекрытия отопительной системы, замковые марки кирпича выполнены размероопределяющими для верхнего и нижнего сечений сборного канала, а шпунтованные марки уложены как минимум в двух рядах по горизонтальному сечению перекрытия. 2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что увеличение толщины стенки отопительного канала выполнено на 25 - 45% его высоты от основания.