СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ПОЛУЧЕНИЯ КОКСА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОКСОВАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК C10B47/00 C10B49/00 C10B51/00 B01J8/04 F27B5/14 

Настоящее изобретение относится к новому способу коксования угля, предназначенному, например, для коксования коксующегося угля и получения кокса, который используется в печах для выплавки чугуна. В частности предлагаемый способ является усовершенствованием способа, защищенного патентом США 2922752, выданным на имя Reintjes, в котором речь идет о получении из угля кокса при принудительном перемещении угля через отдельные трубы (камеры коксования), нагревание которых сопровождается косвенным нагреванием угля. Поскольку уголь плохо проводит тепло, то для повышения эффективности передачи тепла к углю камеры коксования, предложенные у Reintjes, должны иметь небольшой диаметр (12 дюймов или 30,48 см); в результате этого приходится существенно увеличивать необходимое для достижения соответствующей производительности количество камер коксования и соответственно количество загрузочных механизмов, клапанов и средств контроля, которыми оборудуется каждая камера; такое увеличение количества камер неоправданно увеличивает стоимость оборудования, делает его экономически невыгодным, усложняет конструкцию и создает определенные сложности в эксплуатации.

Задачей настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков.

Поставленная задача решается способом непрерывного получения кокса из угля, включающим следующие стадии:
подготовку по крайней мере одной вытянутой в длину камеры коксования с каналом, образованным наружной стенкой малой трубы и внутренней стенкой большой трубы;
принудительную подачу угля в загрузочный конец камеры коксования и его уплотнение за счет прижатия к наружной стенке малой трубы и внутренней стенке большой трубы и
непрерывное коксование угля и превращение его в кокс в отсутствие кислорода нагреванием принудительно перемещаемой в канале камеры коксования массы угля, который нагревается за счет теплопроводности с двух сторон во время движения через вытянутую в длину камеру коксования, в которой коксование угля начинается у стенок обеих труб и сопровождается расслоением движущейся массы угля по существу в средней части канала.

Предпочтительно уголь подают в камеру коксования через воронку-затвор.

Способ может также включать стадию выгрузки кокса из камеры коксования в камеру резкого охлаждения, в которой кокс охлаждается ниже температуры его воспламенения, причем более предпочтительно кокс охлаждают паром.

Способ может включать также стадию выгрузки охлажденного кокса в атмосферу через воронку-затвор.

В способ может быть включена также стадия сбора и обработки газов, образующихся при коксовании угля.

Предпочтительным вариантом является принудительная подача угля в удлиненную камеру коксования на конце загрузки в нее угля поршневым толкателем, в результате перемещения которого уплотненный им уголь принудительно выталкивает кокс из вытянутой камеры коксования через ее разгрузочный конец.

Тепло, под действием которого за счет теплопроводности происходит нагревание угля, предпочтительно выделяется продуктами сгорания топлива, которые движутся вдоль стенок труб.

Поставленная задача решается также устройством для коксования материала, включающим:
а) по крайней мере одну камеру коксования с каналом, образованным внешней стенкой, внутренней стенкой и пространством между стенками, в котором находится подлежащий коксованию материал;
б) первый газоход, через который проходят горячие газообразные продукты сгорания топлива, которые косвенно нагревают за счет теплопроводности в одном направлении находящийся в канале материал, и второй газоход, через который проходят горячие газообразные продукты сгорания топлива, которые косвенно за счет теплопроводности в противоположном направлении нагревают находящийся в канале материал, который в результате нагревания с двух сторон превращается в кокс с одновременным образованием неочищенного газа;
в) загрузочный механизм, который принудительно перемещает подлежащий коксованию материал в канал с одного его конца, уплотняет материал в канале и принудительно выгружает образовавшийся кокс из канала через его противоположный конец.

В предпочтительном варианте в устройстве стенки, образующие канал, имеют высокую теплопроводность и эффективно нагревают находящийся в канале материал.

Камера коксования может быть снабжена выполняющими функцию защитного кожуха средствами, которые обеспечивают возможность создания в камере во время работы избыточного давления.

Для предотвращения во время работы падения давления внутри камеры коксования устройство может быть снабжено воронкой-затвором, через которую в камеру коксования подается подлежащий коксованию материал, и воронкой-затвором, через которую из камеры коксования выгружается образующийся в ней кокс.

Предпочтительно канал выполнен в виде конуса, облегчающего разгрузку из канала образующегося в нем кокса.

Предпочтительно устройство может включать приспособления для обработки газа, образующегося в процессе коксования, а также приспособления для рекуперации тепла.

В настоящем изобретении, которое устраняет недостатки, присущие установке, описанной у Reintjes, предлагается эффективный способ получения кокса в камере или канале, образованном между трубой большого диаметра (7 футов или 2,1 м) и трубой меньшего диаметра (5 футов или 1,5 м), которые выполнены концентричными и нагреваются таким образом, что находящийся между ними уголь нагревается как внутренней стенкой трубы большого диметра, так и наружной стенкой трубы меньшего диаметра. Такая конструкция позволяет создать камеру коксования с увеличенной площадью поверхности нагрева находящегося в ней угля; при этом при одной и той же производительности существенно, по сравнению с установкой, предложенной к Reintjes, снижается необходимое количество камер коксования, в результате чего не только уменьшаются капитальные затраты на создание промышленной установки для получения кокса, но и упрощается ее эксплуатация.

Так, например, для нагревания 4,7 т угля в час до средней температуры 1150^oF (621^oC) в установке, предложенной Reintjes, требуется иметь тридцать (30) камер коксования длиной 20 футов (6,1 м) (см. верхнюю часть столбца 5 описания к патенту Reintjes). В предлагаемом аппарате две (2) камеры коксования длиной 48 футов (14,6 м) обеспечивают нагревание 5,6 т угля в час до средней температуры 1853^oF (1012^oC). На основании этих данных можно утверждать, что одна камера коксования, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, эквивалентна приблизительно двенадцати (12) камерам коксования, описанным в патенте на имя Reintjes.

Краткое описание чертежей
На перечисленных ниже чертежах проиллюстрирован один из вариантов выполнения настоящего изобретения.

Фиг. 1 - продольный разрез предлагаемой в изобретении камеры коксования.

Фиг. 2 - изображение предлагаемой камеры коксования сбоку со стороны конца, через который выгружается кокс.

Фиг. 3 - сечение плоскостью 3-3 по фиг. 1.

Фиг. 4 - изображение части промышленной установки для получения кокса с расположенными рядом друг с другом камерами коксования со стороны концов, через которые из камер выгружается кокс.

Фиг. 5 - вид сверху повернутой по часовой стрелке на 90^o установки по фиг. 4.

Фиг. 6 - изображение в виде сверху промышленной установки с оборудованием для подготовки угля, камерами коксования, системой обработки образующихся при коксовании газов и использующим тепло этих газов парогенератором.

Фиг. 7 - разрез плоскостью 7-7 по фиг. 6 с изображением расположенных друг над другом камер коксования.

На фиг. 1, 2 и 3 позицией 10 обозначена камера коксования. Основными элементами этой камеры являются труба 11 большого диаметра и труба 12 меньшего диаметра, которые образуют расположенный между ними кольцевой канал 13. Обе трубы 11 и 12 заключены в трубчатый кожух 14, который отделяет камеру 10 от атмосферы, а также ограничивает потери тепла и препятствует загрязнению атмосферы образующимися в процессе коксования газами; для уменьшения потерь тепла внутренняя стенка кожуха 14 выложена теплоизоляционным материалом 15. Между теплоизоляцией 15 и наружной поверхностью трубы 11 расположен газоход 16, который используется для нагревания снаружи стенки трубы 11 проходящими по нему газообразными продуктами сжигания топлива. Внутри трубы 12 расположен другой газоход 17, который используется для нагревания изнутри стенки трубы 12 проходящими через него горячими газами. Такая конструкция обеспечивает возможность нагревания находящегося в канале 13 угля с двух сторон и получения из него в этом канале кокса, обозначенного на фиг. 1 позицией 18.

В качестве несущих элементов трубы 12 используются ребра 19, 19(a) и 19(b), расположенные предпочтительно под углом 120^o друг к другу, при этом ребро 19, через которое проходит газ, соединено с наружной стенкой трубы 12 и выполнено полым, а ребра 19(a) и 19(b) соединены с внутренней стенкой трубы 11, что обеспечивает возможность свободной тепловой деформации труб 11 и 12. Полое ребро 19, по которому проходят газы от участка загрузки в камеру 10 коксования угля до участка выгрузки из нее кокса, непосредственно сообщается с газоходом 17 на участке загрузки угля; другой конец полого ребра 19 соединен трубой 20 с газоходом 16, который проходит снаружи вокруг трубы 11 большого диаметра. Труба 20 выполнена в виде змеевика, компенсирующего тепловые деформации. На участке подачи угля в трубу 12 установлена горелка 21, а внутри трубы 12 имеется канал 22 для прохода отходящего газа, по которому продукты сгорания топлива проходят сначала от горелки 21 до участка выгрузки кокса из камеры 10, а затем поворачиваются и попадают в газоход 17, в котором они движутся и нагревают изнутри стенку трубы 12 и из которого попадают в конец полого ребра 19, расположенный ближе к участку загрузки в камеру коксования угля. На участке загрузки в камеру 10 коксования угля расположен поршневой толкатель 23, поступательное движение которого сопровождается принудительным перемещением внутрь канала 13 угля, ссыпающегося в канал через патрубок 24 из выполненного в виде воронки-затвора загрузочного устройства, показанного на фиг. 5, 6 и 7; перемещение толкателем угля с одного конца камеры 10 коксования сопровождается выталкиванием или выгрузкой с другого конца камеры 10 (с левого на фиг. 1) образующегося в ней кокса. Поршневой толкатель 23, выполненный в виде полого цилиндра, расположенного вокруг наружной стенки трубы 12, перемещается вперед и назад гидравлическими цилиндрами 25, штоки 37 которых соединены с толкателем 23.

Во время работы горячие газообразные продукты сгорания топлива, обогащенные кислородом, поступают из горелки 21 в канал 22, расположенный внутри трубы 12 камеры 10, проходят по этому каналу до конца трубы 12 и попадают в газоход 17, по которому они в непосредственной близости от внутренней стенки трубы 12 движутся вдоль трубы в направлении участка загрузки угля в камеру 10, нагревая изнутри трубы 12 находящийся в канале 13 уголь/кокс. Газообразные продукты сгорания на участке загрузки в камеру угля попадают внутрь ребра 19 и возвращаются по стрелкам 26 к расположенному на участке выгрузки из камеры кокса концу трубы 12, попадая через змеевик 20 в дополнительную горелку 27, расположенную на участке выгрузки кокса из камеры 10. В этом месте камеры в горелку по стрелке 28 через отверстие 29 подается дополнительное топливо, сгорание которого до попадания богатых кислородом продуктов сгорания в газоход 16 сопровождается увеличением их температуры до необходимого уровня и эффективным нагреванием снаружи стенки трубы 11, а также вследствие высокой теплопроводности стенки трубы 12 осуществляется дополнительное нагревание находящегося в канале 13 угля/кокса. На участке загрузки в камеру угля газообразные продукты сгорания выводятся из камеры 10 через патрубок 30 в направлении стрелки 31. Находящийся в канале 13 уголь нагревается по существу с двух сторон теплом, излучаемым, во-первых, в сторону от центра внешней поверхностью стенки трубы 12, и, во-вторых, теплом, излучаемым к центру внутренней поверхностью стенки трубы 11. Основная горелка 21 и дополнительная горелка 27 работают таким образом, что посередине канала 13 образуется расслоение или линия 32 раздела, наличие которой повышает однородность кокса, получаемого в камере коксования. Каменноугольный газ, образующийся в процессе коксования, движется в направлении участка выгрузки кокса из камеры. Во избежание перемешивания каменноугольного газа с газообразными продуктами сгорания топлива используется состоящее из буксы 34 и набивки 35 сальниковое уплотнение 33 с пружиной, натяжение которой регулируется штоком 36.

Показанная на фиг. 4 батарея состоит из нескольких расположенных рядом друг с другом камер коксования, выполненных по типу камеры 10. Снизу к камере 10 крепится предназначенный для резкого охлаждения кокса стояк 38, который соединен с камерой коленом 39, через которое в стояк поступает полученный в камере кокс. В процессе резкого охлаждения кокса (охлаждения его ниже температуры воспламенения) газом, например, паром, который подается в систему через патрубок 41, движение кокса по стояку регулируется клапаном 40. Неочищенный газ, образующийся при коксовании угля, собирается в коллекторе 42, в котором также собираются газы, образующиеся при тушении кокса. Собирающиеся в коллекторе газы затем подвергаются соответствующей обработке. Для проведения ремонтных работ используются клапаны 43 и 44, которые позволяют перекрыть соединенные с камерой коксования газовые магистрали. Для создания экологически чистой замкнутой системы охлажденный кокс из камеры коксования по трубе 46 подается в выполненную в виде трубы воронку-затвор 45. Клапаны 47 и 48, которые закрывают и открывают воронку-затвор 45, препятствуют загрязнению атмосферы газами и позволяют во время разгрузки из системы кокса непосредственно в атмосферу поддерживать в системе необходимое рабочее давление. Выгрузка кокса из системы осуществляется с помощью разгрузочного устройства 49 и транспортера 50. На фиг. 5 описанное выше и изображенное на фиг. 4 оборудование показано в плане под теми же самыми позициями. На этом чертеже также изображена (не показанная на фиг. 4) труба 51 для загрузки угля и соответствующие воронки-затворы 52.

На фиг. 6 схематично показана промышленная установка для получения кокса предлагаемым в изобретении способом; эта установка оборудована несколькими собранными в батарею камерами коксования, выполненными по типу камеры 10. В установке имеется оборудование 53 для подготовки угля и бункер 54 с углем. Из этого бункера уголь любым обычным способом подается в воронку-затвор 52 и перемещается затем поршневым толкателем 23. Предназначенное для обработки газа оборудование 55 используется для очистки собирающегося в коллекторе неочищенного газа, образующегося в камерах коксования и при охлаждении кокса. Очищенный газ до его подачи потребителю охлаждается в использующем содержащееся в нем тепло парогенераторе 56, в котором получают пар, который можно использовать для резкого охлаждения кокса и для привода вращающихся машин, в частности турбин. Для обслуживания батареи камер коксования используется мостовой кран 57. На фиг. 7, на которой изображено сечение по фиг. 6, показан процесс подачи угля в воронку-затвор 52, которая используется в качестве устройства, препятствующего вредным выбросам газа в атмосферу и падению давления в системе коксования, и снабжена двумя клапанами 58 и 59, которые во время работы закрывают и открывают воронку-затвор.

Приведенное выше подробное описание установки лишь иллюстрирует, но не ограничивает объем изобретения, которое предполагает возможность его другого конструктивного выполнения.

Описывается способ непрерывного получения кокса из угля, включающий следующие стадии: подготовку по крайней мере одной вытянутой в длину камеры коксования с каналом, образованным наружной стенкой малой трубы и внутренней стенкой большой трубы; принудительную подачу угля в загрузочный конец камеры коксования и его уплотнение за счет прижатия к наружной стенке малой трубы и внутренней стенке большой трубы и непрерывное коксование угля и превращение его в кокс в отсутствие кислорода нагреванием принудительно перемещаемой в канале камеры коксования массы угля, который нагревается за счет теплопроводности с двух сторон во время движения через вытянутую в длину камеру коксования, в которой коксование угля начинается у стенок обеих труб и сопровождается расслоением движущейся массы угля по существу в средней части канала. Описывается также устройство для коксования. Технический результат - упрощение процесса. 7 ил.

1. Способ непрерывного получения кокса из угля, включающий следующие стадии: подготовку по крайней мере одной вытянутой в длину камеры коксования с каналом, образованным наружной стенкой малой трубы и внутренней стенкой большой трубы; принудительную подачу угля в загрузочный конец камеры коксования и его уплотнение за счет прижатия к наружной стенке малой трубы и внутренней стенке большой трубы и непрерывное коксование угля и превращение его в кокс в отсутствие кислорода нагреванием принудительно перемещаемой в канале камеры коксования массы угля, который нагревается за счет теплопроводности с двух сторон во время движения через вытянутую в длину камеру коксования, в которой коксование угля начинается у стенок обеих труб и сопровождается расслоением движущейся массы угля по существу в средней части канала. 2. Способ непрерывного получения кокса по п.1, в котором уголь подают в камеру коксования через воронку-затвор. 3. Способ непрерывного получения кокса по п.1, включающий также стадию выгрузки кокса из камеры коксования в камеру резкого охлаждения, в которой кокс охлаждается ниже температуры его воспламенения. 4. Способ непрерывного получения кокса по п.3, в котором кокс охлаждают паром. 5. Способ непрерывного получения кокса по п.3, включающий также стадию выгрузки охлажденного кокса в атмосферу через воронку-затвор. 6. Способ непрерывного получения кокса по п.1, включающий также стадию сбора и обработки газов, образующихся при коксовании угля. 7. Способ непрерывного получения кокса по п.1, в котором уголь принудительно подают в удлиненную камеру коксования на конце загрузки в нее угля поршневым толкателем, в результате перемещения которого уплотненный им уголь принудительно выталкивает кокс из вытянутой камеры коксования через ее разгрузочный конец. 8. Способ непрерывного получения кокса по п.1, в котором тепло, под действием которого за счет теплопроводности происходит нагревание угля, выделяется продуктами сгорания топлива, которые движутся вдоль стенок труб. 9. Устройство для коксования материала, включающее а) по крайней мере одну камеру коксования с каналом, образованным внешней стенкой, внутренней стенкой и пространством между стенками, в котором находится подлежащий коксованию материал; б) первый газоход, через который проходят горячие газообразные продукты сгорания топлива, которые косвенно нагревают за счет теплопроводности в одном направлении находящийся в канале материал, и второй газоход, через который проходят горячие газообразные продукты сгорания топлива, которые косвенно за счет теплопроводности в противоположном направлении нагревают находящийся в канале материал, который в результате нагревания с двух сторон превращается в кокс с одновременным образованием неочищенного газа; в) загрузочный механизм, который принудительно перемещает подлежащий коксованию материал в канал с одного его конца, уплотняет материал в канале и принудительно выгружает образовавшийся кокс из канала через его противоположный конец. 10. Устройство по п.9, в котором стенки, образующие канал, имеют высокую теплопроводность и эффективно нагревают находящийся в канале материал. 11. Устройство по п.9 или 10, в котором камера коксования снабжена выполняющими функцию защитного кожуха средствами, которые обеспечивают возможность создания в камере во время работы избыточного давления. 12. Устройство по любому из пп.9 - 11, которое для предотвращения во время работы падения давления внутри камеры коксования снабжено воронкой-затвором, через которую в камеру коксования подается подлежащий коксованию материал, и воронкой-затвором, через которую из камеры коксования выгружается образующийся в ней кокс. 13. Устройство по любому из пп.9 - 12, канал которого выполнен в виде конуса, облегчающего разгрузку из канала образующегося в нем кокса. 14. Устройство по любому из пп.9 - 13, в котором имеются приспособления для обработки газа, образующегося в процессе коксования. 15. Устройство по любому из пп.9 - 14, в котором имеются приспособления для рекуперации тепла.