СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РЕЖИМА КОКСОВОЙ БАТАРЕИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК C10B27/00 

Изобретение относится к коксохимической промышленности, в частности к регулированию гидравлического режима коксовой батареи.

Устройство, осуществляющее способ, именуется по тексту как стояк для отвода газа из коксовой печи.

Известна система регулирования давления в печных камерах коксовой батареи фирмы ПРОвен, осуществляемая как функция скорости образования сырого газа, обеспечивающая оптимальный уровень давления для определенных условий коксования. Сам газосборник работает на тяге (разряжение), а пневматический клапан Fix Cup чашечного типа регулирует обратное давление в камере. Система контроля основана на регулировании уровня воды в клапане Fix Cup, что обеспечивает изменение площади пропускного отверстия клапана, через который идет сырой газ из стояка отвода газов с коксовой печи. Система ПРОвен базируется на применении клапана конструкции Fix Cup, установленного на своде газосборника, с возможностью его регулирования для достижения оптимального соотношения между положениями коронной трубы и клапана Fix Cup, для обеспечения одинакового уровня воды в клапане по всей окружности коронной трубы.

Внутри коронной трубы размещено устройство регулирования перелива жидкости, на нижнем конце которого расположена пробка, закрывающая выпускное отверстие в днище клапана Fix Cup. Над пробкой установлена сифонная труба, верхний конец которой закрывается крышкой, нижний конец открыт для протока аммиачной воды. Внутри сифонной трубы размещена дренажная труба с прорезями, в которой перемещается поршень, приводимый в действие пневматическим цилиндром, размещенным снаружи непосредственно на колене стояка отвода газа. Уровень воды в клапане Fix Cup регулируется положением верхней кромки поршня. К колену стояка подсоединена труба быстрого заполнения водой, которая используется для быстрого заполнения клапана Fix Cup.

Таким образом, пневмоцилиндр от давления в печи регулирует пропускную способность газов через клапан чашечного типа Fix Cup высотой уровня воды в клапане.

(Г.С.Ухмылова. Опыт эксплуатации системы ПРОвен регулирования давления в печных камерах коксовых батарей на коксохимическом заводе в Швельгерне. Кокс и химия, №10, 2006, с.25-28).

Недостатком известного решения является то, что клапан, который осуществляет функцию регулирования давления в кокосовой печи, имеет сложную конструкцию и требует точной установки и регулировки при эксплуатации клапана Fix Cup чашечного типа, постоянно меняя уровень воды в нем.

Клапан Fix Cup работает в жестких температурных условиях: так в колене стояка для отвода газа, в котором проходит шток поршня к цилиндру, температура ~600°С, в газосборнике, в котором непосредственно находится клапан, температура ~50°С.

В процессе эксплуатации газосборника коксовой батареи к клапану Fix Cup практически нет доступа для ремонта.

В результате эксплуатации клапана Fix Cup чашечного типа поток газа, проходящий через колено стояка для отвода газа, будет уносить угольную пыль в газосборник непосредственно через клапан Fix Cup чашечного типа, что приводит к забиванию угольной пылью самой чаши и снижает надежность работы клапана. Устройство регулирования уровня воды в клапане конструктивно сложно и трудоемко в эксплуатации.

На фиг.1 изображена коксовая батарея (поперечный разрез).

За прототип выбран способ регулирования гидравлического режима коксовой батареи (см. фиг.1). Коксовая батарея состоит из множества десятков печей 1, которые связаны каналами для отвода газа 2 с газосборниками 3 и 4, которые всегда работают на тяге через стояки 5 для отвода газа из коксовой печи, далее газосборники коксовой и машинной сторон 3, 4, соединены между собой перекидным газопроводом 6, на котором установлены на вертикальных участках 7, 8 дроссельные клапаны 9 с двух сторон над газосборниками 3, 4 коксовой и машинной сторон, третий дроссельный клапан 10 установлен на нисходящей трубе перекидного газопровода 11, через который проходит весь поток коксового газа в химблок на переработку через нагнетатель коксового газа 12, создавая в системе тягу. Дроссельные клапаны 9,10 работают в автоматическом режиме при помощи исполнительных электрических механизмов 13 от регуляторов давления, поддерживая регулировку гидравлического режима в целом коксовой батареи.

(И.Л.Непомнящий. Коксовые машины, их конструкция и расчет. М.: Металлургиздат, 1963 г., с.8-11, рис.2. И.В.Вирозуб, Е.Я.Тахтамышев, М.В.Циперович. Механическое оборудование коксохимических заводов. М.: Металлургиздат, 1952 г., с.174-176, рис.90, с.249-251, рис.134. Справочник коксохимика, том II, под ред. А.К.Шелкова, М.: Металлургия, 1965 г., с.112-114, рис.5-25).

Недостатком известного способа является невозможность индивидуального регулирования гидравлического режима в отдельно взятой печи коксовой батареи.

Все печи подключены через стояки для отвода газа из коксовой печи к газосборникам, которые работают на тяге (разряжении). Загрузка печей угольной шихтой и выгрузка кокса из них производится интервально по графику, поэтому выгрузка и загрузка печей смещены по времени на 12 мин, а клапаны стояков для отвода газа из коксовой печи постоянно полностью открыты.

Такой способ регулирования гидравлического режима коксовой батареи не соответствует современным экологическим и технологическим требованиям в коксохимической промышленности и имеет следующие недостатки:

1. Нестабильность технологического процесса коксования, что отражается на качестве кокса в целом.

2. Значительные объемы вредных выбросов в атмосферу, особенно в момент загрузки коксовых печей угольной шихтой.

3. Унос угольной пыли в газосборник, что приводит к ухудшению качества каменноугольной смолы.

4. Разрушение подсводовой части кладки печей в результате переохлаждения подсводового пространства из-за перетоков газов между печами через стояк для отвода газа, и, как следствие, недопалы верхней части коксового пирога.

5. Сокращение срока службы коксовой батареи.

Задачей предполагаемого изобретения является устранение выше перечисленных недостатков.

Задача решается за счет того, что функцию регулирования гидравлического режима в каждой печной камере в отдельности обеспечивает механизм заслонки стояка для отвода газа из коксовой печи, управляемый исполнительным электрическим механизмом в автоматическом режиме по схеме зон регулирования давления заслонкой в печи по времени, изменяя поперечное сечение горловины колена стояка, открывая-закрывая заслонку.

На фиг.1 - поперечный разрез коксовой батареи.

На фиг.2 - схема зон регулирования давления заслонкой в печи по времени.

На фиг.3 - технологическая таблица включения потока газа через стояк из коксовой печи в газосборники после загрузки угольной шихты.

По программе задается определенная схема зон регулирования давления заслонкой в печи по времени в зависимости от продолжительности периода коксования.

Способ регулирования гидравлического режима в каждой в отдельной камере коксовой батареи осуществляется следующим образом: перед выдачей коксового пирога клапан гидрозатвора 22 стояка 5 для отвода газа из коксовой печи (см. фиг.1, 4) закрывается при помощи рычага 24 воздействием на него устройством, установленным на углезагрузочной машине 14, отсоединяется клапан гидрозатвора 22 стояка 5 для отвода газа из коксовой печи от газосборников 3, 4, а крышка 18 стояка 5 для отвода газа из коксовой печи открывается, далее с двух сторон снимаются двери печных камер, из коксовой печи выталкивается коксовый пирог в коксотушильный вагон. После этого в обратной последовательности все ставится на свои места. Когда клапан гидрозатвора 22 открывается при помощи устройства, установленного на углезагрузочной машине, рычаг 24 нажимает на конечный выключатель, который включает исполнительный электрический механизм 13, при помощи которого полностью открывается заслонка 27 стояка 5 для отвода газа из коксовой печи и происходит загрузка коксовой печи угольной шихтой. Далее управление заслонкой 27 осуществляется в автоматизированной системе управления технологическим процессом (АСУТП) через реле времени или компьютер по программе схемы зон регулирования давления заслонкой в печи по времени исполнительным электрическим механизмом, открывая-закрывая заслонку 27, меняя пропускное сечение горловины колена стояка отвода газа.

По предлагаемой технологии коксования каждая коксовая печь отключается от газосборника, а затем включается (заслонкой закрыто-открыто) в режим сообщения согласно схемы зон регулирования давления заслонкой в печи по времени, управление осуществляется в автоматическом режиме.

На фиг.2 приведена схема зон регулирования давления заслонкой в печи по времени. По этой схеме составлена технологическая таблица включения потока газа через стояк из коксовой печи в газосборники после загрузки угольной шихты (см. фиг.3).

Наглядно видно, что из 65 печей коксовой батареи в режим сообщения с газосборниками (заслонка полностью открыта) включены только 15 печей (фиг.3), соответственно со смещением интервала загрузки печей угольной шихтой на 12 минут каждая, и через 3 часа по схеме (фиг.2), одна из печей переходит в другой режим сообщения с газосборниками - заслонка приоткрыта на 1/2 сечения горловины колена стояка. Таким образом уменьшена пропускная способность коксового газа через стояк, соответственно по схеме видно, что идет уменьшение выделения коксового газа из шихты. В таком режиме постоянно находятся 20 печей соответственно со смещением по времени. По истечении 4 часов по графику схемы заслонка полностью перекрывается с минимальным зазором с газосборниками, с минимальной пропускной способностью коксового газа до конца коксования в данной печи. Таких перекрытых печей будет 30 также со смещением графика выдачи коксового пирога, это при полной загрузке 65 печей. При выдаче коксового пирога из первой печи будет перекрыто 45 печей. В закрытом положении заслонки в сечении горловины колена стояка всегда остается кольцевой зазор для выхода минимального количества коксового газа и слива орошаемой воды стояка отвода коксового газа в газосборники.

Разделение зон регулирования давления по времени может быть разным. Это зависит от продолжительности периода коксования. Продолжительность периода коксования может быть 16 ч, 20 ч и более в зависимости от субъективных факторов и ситуаций в производстве.

Известен стояк для отвода газа из коксовой печи, включающий вертикальную трубу, тройник с крышкой, колено, привод крышки, клапанную коробку, рычаги. (АС №630282, заявлено 04.08.75, М.кл.² С10В 27/00. АС №1736987, заявлено 12.03.90, МПК⁵ С10В 27/06).

Недостатком известных решений является то, что они не могут выполнять регулировку давления, поддерживать технологический гидравлический режим в коксовой печи. В процессе коксования в каждой печи коксовой батареи создается разное давление, в результате чего происходит переток газов с одной печи в другую, подсосы, что способствует переохлаждению подсводового пространства печей. Следовательно, в таких условиях эксплуатации коксовой батареи кладка печей постепенно разрушается, сокращается срок службы коксовой батареи.

При таких режимах работы коксовых батарей происходят значительные выбросы вредных веществ в атмосферу при загрузке коксовых печей угольной шихтой.

Известен стояк для отвода газа из коксовой печи, содержащий вертикальную газоотводящую трубу, тройник, колено стояка, крышку с приводом, соединенную шарнирно с подъемным и сдвигающим рычагами, установленную на колене стояка, клапан гидрозатвора, клапанную коробку, рычаг клапана - прототип (Патент РФ №2247762, МПК⁷ С10В 27/00, заявлено 28.04.03).

Недостатком известного решения является отсутствие устройства для регулирования давления в отдельно взятой коксовой печи коксовой батареи.

Задачей предполагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Задача решается за счет того, что в стояке для отвода газа из кокосовой печи, включающем вертикальную газоотводящую трубу, тройник, колено стояка, крышку с приводом, соединенную шарнирно с подъемным и сдвигающим рычагами, установленными на колене стояка, клапан гидрозатвора, клапанную коробку, рычаг клапана, в сечении горловины колена стояка установлена жестко на валу заслонка с возможностью поворота вокруг оси вала, который имеет выходной хвостовик для управления заслонкой.

Использование механизма заслонки в стояке для отвода газа из коксовой печи позволит регулировать гидравлический режим в коксовой печи за счет уменьшения сечения горловины в колене стояка, открывая-закрывая заслонку.

Управлять заслонкой можно как вручную, так и в автоматическом режиме, используя исполнительный электрический механизм.

На фиг.4 изображен стояк для отвода газа из коксовой печи.

На фиг.5 изображено устройство в плане, вид А.

На фиг.6 изображена заслонка, разрез по Б-Б.

Стояк 5 для отвода газа из коксовой печи содержит вертикальную газоотводящую трубу 15, тройник 16, колено стояка 17, крышку 18 с приводом 19, соединенную шарнирно с подъемным 20 и сдвигающим 21 рычагами, установленными на колене стояка 17, клапан гидрозатвора 22, клапанную коробку 23, рычаг клапана 24. В сечении горловины 25 колена стояка 17 установлена жестко на валу 26 заслонка 27 с возможностью поворота вокруг оси вала 26, который имеет выходной хвостовик 28. Принцип работы предлагаемого устройства освещен в описании способа регулирования гидравлического режима коксовой батареи.

Предполагаемое изобретение более простое и надежное в эксплуатации.

Использование его в коксохимической промышленности создаст предпосылки для автоматического управления сложным гидравлическим режимом каждой в отдельности печи коксовой батареи. Это в свою очередь даст возможность выйти на новый уровень развития процесса защиты окружающей среды и обеспечит следующие преимущества:

1. Технологическая стабильность в управлении процессом повысит экономические и экологические показатели.

2. Сокращение вредных выбросов в атмосферу в процессе коксования, особенно в момент загрузки коксовой печи угольной шихтой.

3. Улучшение качества кокса.

4. Улучшение качества каменноугольной смолы в результате снижения уноса угольной пыли в газосборник.

5. Увеличение сохранности кладки камер коксования и продление срока службы без текущего ремонта за счет устранения перетоков газов под сводами коксовой печи, подсосов в дверных проемах и уменьшения переохлаждения.

6. Повышение стабильности технологических режимов печей и увеличение срока службы коксовых батарей.

Изобретение может быть использовано в коксохимической промышленности. Перед выдачей коксового пирога клапан гидрозатвора 22 стояка 5 для отвода газа из коксовой печи закрывается при помощи рычага 24. Клапан гидрозатвора 22 стояка 5 для отвода газа из коксовой печи отсоединяется от газосборников, а крышка 18 стояка 5 для отвода газа из коксовой печи открывается. Затем с двух сторон снимаются двери печных камер, из коксовой печи выталкивается коксовый пирог в коксотушильный вагон. Функцию регулирования гидравлического режима в каждой печной камере в отдельности обеспечивает механизм заслонки стояка для отвода газа из коксовой печи, управляемый исполнительным механизмом 13 в автоматическом режиме по схеме зон регулирования давления заслонкой в печи по времени, изменяя поперечное сечение горловины 25 колена стояка 17, открывая-закрывая заслонку 27. Изобретение позволяет повысить экономические и экологические показатели, улучшить качество кокса, увеличить сохранность кладки камер коксования. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ регулирования гидравлического режима коксовой батареи, включающий коксовые печи, связанные каналами для отвода газа в газосборники через стояки для отвода газа из печей, газосборники коксовой и машинной сторон, соединенные между собой перекидным газопроводом, на котором установлены на вертикальных участках с коксовой и машинной сторон над газосборниками дроссельные клапаны, весь поток коксового газа проходит через третий дроссельный клапан, установленный на нисходящей трубе перекидного газопровода, создавая нагнетателем транспортировку коксового газа в химический блок, дроссельные клапаны работают в автоматическом режиме при помощи исполнительных механизмов от регулятора давления, поддерживая технологическое давление в общей системе коксовой батареи, отличающийся тем, что функцию регулирования гидравлического режима в каждой печной камере в отдельности обеспечивает механизм заслонки стояка для отвода газа из коксовой печи, управляемый исполнительным механизмом в автоматическом режиме по схеме зон регулирования давления заслонкой в печи по времени, изменяя поперечное сечение горловины колена стояка, открывая-закрывая заслонку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что функция регулирования гидравлического режима коксовой печи осуществляется управлением исполнительным механизмом заслонки от датчика давления по схеме.

3. Устройство для регулирования гидравлического режима коксовой батареи, включающее вертикальную газоотводящую трубу, тройник, колено стояка, крышку с приводом, соединенную шарнирно с подъемным и сдвигающим рычагами, установленными на колене стояка, клапан гидрозатвора, клапанную коробку, рычаг клапана, отличающееся тем, что в сечении горловины колена стояка установлена жестко на валу заслонка с возможностью поворота вокруг оси вала, который имеет выходной хвостовик для управления заслонкой.