КОКСОВАЯ ПЕЧЬ С ОПТИМИЗИРОВАННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК C10B15/02 C10B21/10 

Изобретение относится к одноярусной коксовой печи, так называемой коксовой печи без утилизации тепла или с утилизацией тепла, имеющей, по меньшей мере, одно измерительное устройство для измерения концентрации составных частей газа в камере коксовой печи, в основании коксовой печи и/или в газовых каналах, и в которой на основе этих данных посредством вычислительного блока определяется и регулируется оптимальная подача первого потока воздуха и/или второго потока воздуха. Изобретение относится также к способу коксования с использованием данной коксовой печи.

Обогрев печей с утилизацией тепла происходит, как правило, посредством сжигания образующегося при коксовании газа или летучих частиц коксующегося угля. При этом сжигание регулируется так, что часть газа сгорает в камере печи поверх угольной шихты с использованием первого потока воздуха. Этот частично сгоревший газ подается по газовым каналам, называемым также как «downcomer» - газоотвод, в основание камеры печи и полностью сжигается там посредством добавления следующей порции топочного воздуха - второго потока воздуха.

Таким образом, тепло к угольной шихте подводится напрямую сверху и косвенно - снизу, предпочтительно обеспечивая воздействие на скорость коксования, а кроме того - на производительность печей. Для осуществления способа требуется, чтобы подведенный первый поток воздуха и второй поток воздуха точно измерялись и на протяжении времени коксования, которое может продолжаться до 96 ч, управлялись регулируемым образом. В уровне техники достаточно хорошо описаны одноярусные коксовые печи с утилизацией тепла и коксовые печи без утилизации тепла. В качестве примеров в данном случае можно привести публикации: US 4344820, US 4287024, US 5114542, GB 1555400 или СА 2052177 С.

В соответствии с известным уровнем техники первый поток воздуха всасывается из атмосферы через отверстия в дверях. Второй поток воздуха всасывается через находящиеся ближе к основанию отверстия и направляется по каналам к горячим ходам, проходящим, по существу, горизонтально под камерой коксовой печи. Отверстия для первого потока воздуха и для второго потока воздуха открыты либо постоянно, либо снабжены заслонками для регулирования всасываемой воздушной массы.

Поскольку батареи коксовых печей имеют довольно большую длину и в них преобладает, как правило, очень высокая температура при значительном количестве загрязнений в уровне техники известны вентиляционные заслонки, регулируемые исключительно вручную. В US 5928476 представлена такая коксовая батарея, причем в каждой двери коксовой печи предусмотрены три обслуживаемых вручную отверстия, в которых или перед которыми расположены соответственно по одной подогнанной к поперечному сечению отверстия и расположенной по средней оси пластине или диску. Положение этих клапанов изменяют вручную посредством рычага.

В публикации DE 102005055483.0-24 настоящего заявителя представлен центральный регулировочный элемент, позволяющий непрерывно регулировать первый поток воздуха и второй поток воздуха. Тем не менее, на практике оказалось трудным перерабатывать в известных коксовых печах уголь разного качества в зависимости от разной степени измельчения, влажности или инертных частиц и так далее, при этом для получения кокса достаточно высокого качества было необходимо предусматривать слишком длительное время коксования.

Поэтому задача настоящего изобретения лежит в устранении описанных недостатков экономичным способом и в обеспечении оптимизированной подачи первого потока воздуха и/или второго потока воздуха для повышения производительности печи и вместе с тем сокращения времени коксования.

Изобретение решает эту задачу посредством одноярусной коксовой печи, в частности так называемой коксовой печи без утилизации тепла или с утилизацией тепла, содержащей камеру коксовой печи и состоящее из каналов основание коксовой печи, причем камера коксовой печи и основание коксовой печи соединены посредством газовых каналов, а в стенке печи или в печной двери предусмотрены отверстия для подачи первого потока воздуха и одно или несколько отверстий или каналов для подачи второго потока воздуха в основание коксовой печи, причем перед отверстиями или в газопроводах, проходящих к отверстиям, расположены запорные устройства.

При этом с коксовой печью соединено,

по меньшей мере, одно измерительное устройство для измерения концентрации составных частей газа в камере коксовой печи, в основании коксовой печи и/или в газовых каналах, и

это измерительное устройство соединено, со своей стороны, таким образом, с вычислительным блоком, что этот вычислительный блок может принимать данные и результаты замеров измерительного устройства, причем

вычислительный блок соединен через каналы управления с одним или несколькими регулировочными устройствами запорных устройств, причем запорные устройства представляют собой вентили, клапаны, задвижки или подобное.

Улучшенный вариант состоит в том, что дополнительно в основании коксовой печи или в газоотводном канале коксовой печи расположено устройство для измерения температуры, также соединенное с вычислительным блоком таким образом, что он может принимать эти данные и результаты замера устройства для измерения температуры.

Предпочтительно, если измерительные устройства являются соединенными по каналу с камерой коксовой печи анализаторами для измерения концентрации водорода, азота, окиси углерода или двуокиси углерода. Концентрация этих основных компонентов или одного из этих основных компонентов очень хорошо коррелирует с состоянием коксования коксового пирога.

Прежде всего, водород, сгорающий как последняя составная часть угля, является предпочтительным индикатором, сообщающим об окончании времени коксования. Таким образом, предложенная коксовая печь делает возможным управлять способом коксования так, что время коксования завершается по существу одновременно с достижением Н₂ 0 об.% В частности, если H₂ сгорает преждевременно, это приводит к повышенному сгоранию и/или зольности частиц кокса, что экономически невыгодно.

В следующем варианте изобретения, измерительное устройство представляет собой кислородный датчик для определения кислорода, размещенный в основании коксовой печи или в газоотводном канале. Посредством кислородного датчика с обратной связью при регулировании второго потока воздуха можно обеспечивать полное сгорание в основании коксовой печи, без значительного понижения температуры, так как последнее могло бы повлечь за собой продление времени коксования.

В другом усовершенствованном варианте изобретения предусмотрены, по меньшей мере, анализатор для определения водорода, азота, окиси углерода или двуокиси углерода и кислородный датчик для определения кислорода.

Кроме того, изобретение предусматривает способ коксования угля, в котором используют вышеназванную коксовую печь в одной из заявленных форм выполнения, причем

- печь заполняют углем и запускают процесс коксования,

- во время коксования анализируют концентрацию одной или нескольких составных частей газа,

- эти данные передают в вычислительный блок,

- посредством вычислительного блока устанавливают на основе хранимых в памяти дискретных данных или модельных расчетов подачу первого потока воздуха и/или второго потока воздуха, и

- включают по каналам управления элементы управления запорными устройствами для первого потока воздуха и/или второго потока воздуха и, таким образом,

- регулируют первый поток воздуха и/или второй поток воздуха.

В усовершенствованном варианте способа во время коксования

- определяют температуру в основании коксовой печи и/или в газоотводном канале, и

- эти данные передаются в вычислительный блок,

- причем в этот вычислительный блок на основе хранящихся в памяти дискретных данных или модельных расчетов устанавливают подачу первого потока воздуха и/или второго потока воздуха, и

- включают по каналам управления элементы управления запорными устройствами для первого потока воздуха и/или второго потока воздуха и, таким образом,

- регулируют первый поток воздуха и/или второй поток воздуха.

Согласно изобретению предложенный способ осуществляется таким образом, что средняя температура в основании коксовой печи опускается в течение коксования на 350-400°С и не снижается ниже 1000°С. Кроме того, оптимизация заключается в регулировании концентрации кислорода в газоотводном канале постоянно на уровне от 7,5 до 8,5 об.%.

В качестве примера изобретение описано посредством варианта выполнения, представленного на чертеже, причем изобретение не ограничено этим примером выполнения. На чертеже показана коксовая печь, имеющая камеру 1 коксовой печи и основание 2 коксовой печи, причем не представлены отдельные камеры или каналы основания 2 коксовой печи. Камера 1 коксовой печи соединена с основанием 2 коксовой печи через газовый канал 3. В камеру 1 коксовой печи через трубопровод 4 может подаваться первый поток воздуха, причем в трубопроводе 4 расположен регулирующий клапан 7. В основание 2 коксовой печи может подаваться через трубопровод 5 второй поток воздуха, причем в трубопроводе 5 расположен регулирующий клапан 8. Трубопровод 9 служит для забора незначительной части потока газа из камеры 1 коксовой печи и соединяет камеру 1 коксовой печи с анализатором, приспособленным в представленном примере для замера концентрации Н₂. Измеряемый и нагнетаемый в трубопровод 9 газ всасывается посредством компрессора 11 и нагнетается в анализатор. Перед компрессором 11 для охлаждения газа расположен теплообменник 12. Через трубопровод поток газа снова направляется в камеру 1 коксовой печи.

Кроме того, схематично представлены расположенный в основании 2 коксовой печи прибор 13 для измерения температуры и расположенный в газоотводном трубопроводе 6 кислородный датчик 14. По каналам 17, 18 передачи данных замеряемые значения передаются на вычислительный блок 16, получающий также замеряемые значения от анализатора по каналу 15 передачи данных. Вычислительный блок 16 управляет по каналам 19 управления регулирующим клапаном 7 и регулирует, таким образом, объем первого потока воздуха, и в частности, температуру в камере 1 коксовой печи. Кроме того, вычислительный блок 16 управляет по каналу 20 управления регулирующим клапаном 8, вследствие чего регулируют второй поток воздуха и температуру в основании 2 коксовой печи и содержание кислорода в газоотводном трубопроводе 6.

Описанный способ и предложенное устройство позволяют значительно сократить время коксования. Отныне можно надежно получить время коксования, равное менее 48 ч, что представляет собой значительное повышение производительности печи по сравнению с уровнем техники.

Список ссылочных обозначений

1. Камера коксовой печи

2. Основание коксовой печи

3. Газовый канал

4. Трубопровод (первый поток воздуха)

5. Трубопровод (второй поток воздуха)

6. Газоотводный канал

7. Запорный элемент (первый поток воздуха)

8. Запорный элемент (второй поток воздуха)

9. Газопровод

11. Компрессор

12. Теплообменник

13. Измерительный прибор для температуры

14. Кислородный датчик

15. Канал передачи данных

16. Вычислительный блок

17. Канал передачи данных

18. Канал передачи данных

19. Канал передачи данных

20. Канал передачи данных.

Изобретение может быть использовано в коксохимии. Одноярусная коксовая печь с или без утилизации тепла содержит камеру коксовой печи 1 и состоящее из каналов основание коксовой печи 2, соединенные посредством газовых каналов 3. В стенке печи или в печной двери предусмотрены отверстия для подачи через трубопровод 4 первого потока воздуха и одно или несколько отверстий или каналов для подачи через трубопровод 5 второго потока воздуха в основание коксовой печи 2. Коксовая печь соединена с измерительным устройством для измерения концентрации составных частей газа в камере коксовой печи 1, в основании коксовой печи 2 и/или в газоотводном канале 6. Измерительное устройство соединено с вычислительным блоком 16, соединенным через каналы управления 19 с регулирующими клапанами 7 и 8 первого и второго потоков воздуха соответственно. Изобретение позволяет обеспечить оптимизированную подачу первого и второго потоков воздуха, повысить производительность печи и сократить время коксования, 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Одноярусная коксовая печь с или без утилизации тепла, содержащая камеру коксовой печи и состоящее из каналов основание коксовой печи, причем камера коксовой печи и основание коксовой печи соединены посредством газовых каналов, причем в стенке печи или в печной двери предусмотрены отверстия для подачи первого потока воздуха и одно или несколько отверстий или каналов для подачи второго потока воздуха в основание коксовой печи, причем перед отверстиями или в трубопроводах, проходящих к отверстиям, расположены запорные устройства, отличающаяся тем, что коксовая печь соединена, по меньшей мере, с одним измерительным устройством для измерения концентрации составных частей газа в камере коксовой печи, в основании коксовой печи и/или в газоотводном канале, причем измерительное устройство соединено с вычислительным блоком, так что вычислительный блок принимает данные и результаты замера от измерительного устройства, при этом вычислительный блок соединен через каналы управления с одним или несколькими регулировочными устройствами запорных устройств, причем запорные устройства представляют собой вентили, клапаны или задвижки.

2. Коксовая печь по п.1, отличающаяся тем, что в основании коксовой печи или в газоотводном канале коксовой печи расположено устройство для измерения температуры, также соединенное с вычислительным блоком с возможностью передачи данных и результатов замера от устройства для измерения температуры.

3. Коксовая печь по п.1, отличающаяся тем, что измерительное устройство является анализатором для измерения концентрации водорода, азота, окиси углерода или двуокиси углерода.

4. Коксовая печь по п.3, отличающаяся тем, что предусмотрены анализатор для измерения концентрации водорода, азота, окиси углерода или двуокиси углерода и кислородный датчик для определения кислорода.

5. Коксовая печь по п.4, отличающаяся тем, что анализатор соединен каналом с камерой коксовой печи.

6. Коксовая печь по п.1, отличающаяся тем, что измерительное устройство представляет собой кислородный датчик для определения кислорода, размещенный в основании коксовой печи или в газоотводном канале.

7. Коксовая печь по п.6, отличающаяся тем, что предусмотрены, по меньшей мере, анализатор для определения водорода, азота, окиси углерода или двуокиси углерода и кислородный датчик для определения кислорода.

8. Способ коксования угля, отличающийся тем, что используют коксовую печь по одному из пп.1-7, причем
печь заполняют углем и запускают процесс коксования,
во время коксования анализируют концентрации одной или нескольких составных частей газа, полученные данные передают в вычислительный блок, посредством вычислительного блока устанавливают на основе хранимых в памяти дискретных данных или модельных расчетов подачу первого потока воздуха и/или второго потока воздуха, и
включают посредством каналов управления элементы управления запорными устройствами для первого потока воздуха и/или второго потока воздуха для регулирования первого потока воздуха и/или второго потока воздуха.

9. Способ коксования по п.8, отличающийся тем, что во время коксования определяют температуру в основании коксовой печи и/или в газоотводном канале, и эти данные передают в вычислительный блок,
причем посредством вычислительного блока на основе хранящихся в памяти дискретных данных или модельных расчетов устанавливают подачу первого потока воздуха и/или второго потока воздуха, для этого включают по каналам управления элементы управления запорными устройствами для первого потока воздуха и/или второго потока воздуха и регулируют первый поток воздуха и/или второй поток воздуха.

10. Способ коксования по п.8, отличающийся тем, что средняя температура в основании коксовой печи опускается в течение коксования на 350-400°С, не ниже 1000°С.

11. Способ коксования по п.8, отличающийся тем, что концентрацию кислорода в газоотводном канале постоянно поддерживают на уровне от 7,5 до 8,5 об.%.