УСТАНОВКА ДЛЯ КОКСОВАНИЯ С РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ Российский патент 2015 года по МПК C10B15/02 C10B21/18 F23C9/00 

Изобретение относится к установке для коксования по способам без регенерации или с регенерацией тепла с целью получения кокса из угля. Высокая производительность имеет особое значение для экономичности установки для коксования по способам без регенерации или с регенерацией тепла, которые ниже обозначены как NR/HR. Это происходит прежде всего потому, что при данной технологии вследствие незначительной возможности влияния на выделение горючего газа по сравнению с традиционной технологией горизонтальных камер всегда должно иметь место увеличенное время работы, что означает уменьшение экономичности. На скорость этой технологии коксования можно влиять лишь посредством того, что воздух равномерно подают для проведения процесса в течение нескольких стадий, и таким способом горение оптимизируется.

Поэтому в последние годы появилось множество технических предложений в отношении выравнивания подачи первичного и вторичного воздуха в верхнее и нижнее строения печи, чтобы таким образом обеспечить поверхностное нагревание партии угля или кокса сверху и снизу. Благодаря этому время работы, которое требуется для полного коксования партии угля, может сокращаться, а экономичность может быть повышена. Несмотря на это современные решения представляют собой лишь приближение к поверхностному нагреванию, так как первичный воздух в верхнем строении печи и вторичный воздух в нижнем строении печи можно подавать всегда лишь в отдельных местах, через поверхность основания печи.

Пример огнеупорной конструкции в нижнем строении печи показан на фиг. 1 на виде сверху. Смесь неочищенного и отработанного газов, образованную в камере сгорания верхнего строения печи, подают в подовые каналы в нижнем строении печи через спускные каналы, содержащиеся в количестве от 2 до 20 каналов на печь. Там ее полностью сжигают при добавлении воздуха для горения. Выработанное там тепло служит для коксования партии угля снизу, вследствие чего обеспечивают уменьшение времени работы и высокую производительность печи. Кроме того, в нижнем строении печи через отверстия в торцевых сторонах всасывается так называемый вторичный воздух, который через разветвленную вертикальную систему собственно нагревательных подовых каналов подают для вторичного сжигания горючих газов. При этом в подовых каналах образуется множество коротких отдельных факелов пламени. Тепло, выработанное в этих нагревательных подовых каналах, подводят затем в вертикальном направлении посредством процессов теплопередачи через под печи к партии угля для его коксования. На чертеже видно, что многоканальная конструкция нижнего строения печи едва ли дает возможность повышения количества ступеней вторичного воздуха и тем самым увеличения эффективности вторичного сжигания. Такое решение повлекло бы за собой неприемлемо высокие дополнительные технологические затраты на процессы калибровки.

Кроме того, с точки зрения безопасной для окружающей среды эксплуатации печи требуется максимально возможное уменьшение термической эмиссии NO_x промышленной установки. Оксиды азота образуются при процессах сгорания ископаемого топлива, например угля, в факеле пламени и в окружающей высокотемпературной зоне вследствие частичного окисления молекулярного азота воздуха для горения, а также азота, химически связанного в топливе. Термически получаемая NO как основная составная часть ΝΟ_x образуется из молекулярного азота N₂ в факеле пламени посредством окисления молекулярного азота при температурах выше 1300°С. Так как в печах, работающих по способам NR/HR, могут возникать температуры примерно до 1450°С, то существуют технические трудности в отношении уменьшения этого термического образования NO и, таким образом, воздействия на окружающую среду. Ниже кратко перечислены важнейшие теоретические возможности уменьшения количества NO:

- малый общий коэффициент избытка воздуха,

- ступенчатая подача воздуха,

- впрыскивание ΝΗ₃,

- впрыскивание пара или воды,

- рециркуляция отработавших газов.

Чтобы эффективно решить в совокупности обе поставленные проблемы, предложены технологические мероприятия для рециркуляции отработавших газов в камерах сгорания печи, работающей по способам NR/HR. При этом, во-первых, можно применять внутреннюю рециркуляцию отработавших газов в системе подовых каналов нижнего строения печи. В этом случае часть потока отработанных газов в подовом канале отводят непосредственно перед его окончательным удалением из печи и через систему каналов или одно или более отверстий возвращают в подовый канал выше по направлению потока. Движущая сила рециркуляции отработавших газов образуется разностью давлений между подовыми каналами, находящимися выше и ниже по направлению потока, которая осуществляет возврат в канал, находящийся выше по направлению потока. Разность давлений объясняется более высокой температурой отработанных газов и, таким образом, меньшей плотностью в подовом канале, расположенном выше по направлению потока:

Это мероприятие обеспечивает замедление вторичного сжигания, удлиняет отдельные факелы пламени в подовом канале и способствует выравниванию характеристики горения и выделения тепла в нижнем строении печи. Кроме того, благодаря этому мероприятию снижается парциальное давление кислорода в подовых нагревательных каналах нижнего строения печи, вследствие чего уменьшается количество термически полученных NO_x-компонентов отработанных газов. Это объясняется тем, что вследствие примешивания отработавших газов уменьшается температура среды и, тем самым, термическое образование NO в подовом канале.

Возможно также, однако, осуществлять отбор отработанного газа лишь при последующем прохождении потока, то есть вне системы каналов печи, и при помощи вентилятора возвращать в печную камеру, спускные каналы или систему подовых каналов в нижнем строении печи. На промежуточной технологической стадии подготовки из отработанных газов, перед их возвращением в печь, можно удалять дополнительные компоненты, оказывающие отрицательное влияние на окружающую среду или на технологию.

В изобретении задача решена при помощи признаков, указанных в пунктах формулы изобретения.

Таким образом, в одном аспекте настоящее изобретение относится к способу выравнивания характеристики горения и уменьшения термической эмиссии ΝΟ_x установки для коксования по способам без регенерации или с регенерацией тепла, содержащей множество печей (1, 2), соответственно имеющих ограниченную дверцами и боковыми стенками печную камеру для загрузки угля или уплотненного угольного пирога и находящееся над ним свободное пространство, вытяжное устройство (7) для удаления отработанного газа из свободного пространства, подводящие устройства для подачи приточного воздуха в свободное пространство, а также систему (8, 9) подовых каналов для пропускания отработанного газа или вторичного приточного воздуха, которая по меньшей мере частично интегрирована в основание под печной камерой, отличающемуся тем, что отработанный газ, образованный в печи (1), при дальнейшем прохождении возвращают для процесса горения в печи (1) выше по направлению потока в печную камеру, спускные каналы (5) или в систему (8, 9) подовых каналов в нижнем строении печи.

Согласно одному воплощению изобретения, рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры сгорания, осуществляют внутри печи (1) посредством отбора из внешней системы каналов печи (1), образующей указанное вытяжное устройство (7) для удаления отработанного газа, и возвращения их при помощи вентилятора (14) в печную камеру, спускные каналы (5) или в систему (8, 9) подовых каналов в нижнем строении печи.

Согласно еще одному воплощению изобретения, отработанный газ перед окончательным удалением из печи (1) возвращают в подовом канале (9) через отверстия (10) или каналы (10) в подовые каналы (8) выше по направлению потока. При этом рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, можно осуществлять через единственное отверстие (10) в разделительной стенке подового канала между подовыми каналами (8, 9). Альтернативно, рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, можно осуществлять через несколько отверстий (10) в разделительной стенке подового канала между подовыми каналами (8, 9). В еще одном воплощении изобретения, рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, осуществляют через одно или более отверстий (10) в разделительной стенке подового канала между подовыми каналами (8, 9), а калибровку расхода осуществляют при помощи задвижек, жиклеров или трубок Вентури.

Согласно другому воплощению изобретения, рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, осуществляют вне печи (1). При этом рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, можно осуществлять при помощи вентилятора (14) в подовые каналы (8), расположенные выше по направлению потока. В другом воплощении изобретения, рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, осуществляют при помощи вентилятора (14) в спускные каналы (5). В еще одном воплощении изобретения, рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, осуществляют при помощи вентилятора (14) в отверстия для первичного воздуха дверцы печи. В еще одном воплощении изобретения, рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, осуществляют при помощи вентилятора (14) в отверстия для первичного воздуха свода печи.

В другом аспекте настоящего изобретения предложено устройство, выполненное в качестве установки для коксования по способам без регенерации или с регенерацией тепла с целью изготовления кокса из угля, для реализации способа по любому из пп. 3-5, отличающееся тем, что в разделительной стенке подового канала между подовыми каналами (8, 9) предусмотрено одно или более отверстий (10).

В еще одном аспекте изобретения предложено устройство, выполненное в качестве установки для коксования по способам без регенерации или с регенерацией тепла с целью изготовления кокса из угля, для реализации способа по п. 6, отличающееся тем, что отверстия (10) в разделительной стенке подового канала между подовыми каналами (8, 9) выполнены с возможностью закрывания при помощи задвижки, или же расход отработанных газов можно калибровать при помощи соответствующих задвижек, жиклеров или трубок Вентури.

В дополнительном аспекте изобретения, предложено устройство, выполненное в качестве установки для коксования по способам без регенерации или с регенерацией тепла с целью изготовления кокса из угля, для реализации способа по любому из пп. 7-11, отличающееся тем, что предусмотрен вентилятор (14), который подключен таким образом, что отработанные газы, выводимые из камеры коксования, можно подавать в расположенные выше по направлению потока подовые каналы (8, 9), в спускные каналы (5) или в отверстия для первичного воздуха дверцы печи или свода печи.

Отличительные признаки изобретения подробнее пояснены на чертежах, показанных на фиг. 1-5, на которых изображено:

фиг. 1 - подовая система двух расположенных друг рядом с другом коксовых печей, а также газовые потоки,

фиг. 2а и 2b - направления потоков и образование факелов пламени в подовых каналах по состоянию техники и, в сравнении с этим, согласно изобретению,

фиг. 3 - следующий вид сверху подовой системы двух расположенных рядом коксовых печей,

фиг. 4 - еще один вид сверху подовой системы двух расположенных рядом коксовых печей,

фиг. 5 - следующий вид спереди подовой системы двух расположенных рядом коксовых печей.

На фиг. 1 на виде сверху и на виде спереди показаны две расположенные друг рядом с другом печи 1 и 2, работающие по способам NR/HR, впускные отверстия 3 для вторичного воздуха, выпускные отверстия 4 для вторичного воздуха и спускные каналы 5. Кроме того, видны каналы 6 для вторичного воздуха, которые интегрированы в поде печи, каналы для отработанных газов, образующие вытяжное устройство 7, а также внутренние подовые каналы 8 и наружные подовые каналы 9.

На фиг. 2а показаны направления потоков и образование факелов пламени в подовых каналах по состоянию техники. При этом смесь неочищенного газа и отработанного газа из верхнего строения печи поступает из спускных каналов 5 и сгорает в факелах 11 и 12 пламени с воздухом из выпускных отверстий 13 для вторичного воздуха в подовых каналах 8 и 9.

По сравнению с этим в способе согласно изобретению и соответствующем устройстве, показанном на фиг. 2b, предусмотрены отдельные отверстия 10 циркуляционного контура, которые обеспечивают возможность обратного протекания отработанных газов, вследствие чего улучшается геометрия факелов 11 и 12 пламени и возникают преимущества изобретения в отношении образования вредных веществ.

На фиг. 3 показан пример геометрии подового канала с отдельным отверстием 10 для образования внутренней рециркуляции отработанных газов в нижнем строении печи.

На фиг. 4 показан пример геометрии подового канала с двумя отдельными отверстиями 10 для образования внутренней рециркуляции отработанных газов в нижнем строении печи.

На фиг. 5 показаны два примера возможности внешней рециркуляции отработанных газов, в которых рециркуляцию соответственно обеспечивают вентиляторы 14.

Изобретение может быть использовано при получении кокса из угля. Установка для коксования по способам без регенерации или с регенерацией тепла содержит печи (1, 2), имеющие ограниченную дверцами и боковыми стенками печную камеру для загрузки угля или уплотненного угольного пирога и находящееся над ним свободное пространство. Установка также содержит вытяжное устройство (7) для удаления отработанного газа из свободного пространства, подводящие устройства для подачи приточного воздуха в свободное пространство, а также систему (8, 9) подовых каналов для пропускания отработанного газа или вторичного приточного воздуха, которая по меньшей мере частично интегрирована в основание под печной камерой. Для выравнивания горения и уменьшения термической эмиссии оксидов азота указанной установки отработанный газ, образованный в печи (1), при дальнейшем прохождении возвращают для процесса горения в печи (1) выше по направлению потока в печную камеру, спускные каналы (5) или в систему (8, 9) подовых каналов в нижнем строении печи. Изобретение позволяет сократить время, требуемое для полного коксования партии угля, а также образование вредных веществ. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ выравнивания характеристики горения и уменьшения термической эмиссии NO_x установки для коксования по способам без регенерации или с регенерацией тепла, содержащей множество печей (1, 2), соответственно имеющих ограниченную дверцами и боковыми стенками печную камеру для загрузки угля или уплотненного угольного пирога и находящееся над ним свободное пространство, вытяжное устройство (7) для удаления отработанного газа из свободного пространства, подводящие устройства для подачи приточного воздуха в свободное пространство, а также систему (8, 9) подовых каналов для пропускания отработанного газа или вторичного приточного воздуха, которая по меньшей мере частично интегрирована в основание под печной камерой, отличающийся тем, что отработанный газ, образованный в печи (1), при дальнейшем прохождении возвращают для процесса горения в печи (1) выше по направлению потока в печную камеру, спускные каналы (5) или в систему (8, 9) подовых каналов в нижнем строении печи.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры сгорания, осуществляют внутри печи (1) посредством отбора из внешней системы каналов печи (1), образующей указанное вытяжное устройство (7) для удаления отработанного газа, и возвращения их при помощи вентилятора (14) в печную камеру, спускные каналы (5) или в систему (8, 9) подовых каналов в нижнем строении печи.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отработанный газ перед окончательным удалением из печи (1) возвращают в подовом канале (9) через отверстия (10) или каналы (10) в подовые каналы (8) выше по направлению потока.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, осуществляют через единственное отверстие (10) в разделительной стенке подового канала между подовыми каналами (8, 9).

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, осуществляют через несколько отверстий (10) в разделительной стенке подового канала между подовыми каналами (8, 9).

6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, осуществляют через одно или более отверстий (10) в разделительной стенке подового канала между подовыми каналами (8, 9), а калибровку расхода осуществляют при помощи задвижек, жиклеров или трубок Вентури.

7. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, осуществляют вне печи (1).

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, осуществляют при помощи вентилятора (14) в подовые каналы (8), расположенные выше по направлению потока.

9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, осуществляют при помощи вентилятора (14) в спускные каналы (5).

10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, осуществляют при помощи вентилятора (14) в отверстия для первичного воздуха дверцы печи.

11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что рециркуляцию отработанных газов, образованных в печи (1) и выводимых из камеры коксования, осуществляют при помощи вентилятора (14) в отверстия для первичного воздуха свода печи.

12. Устройство, выполненное в качестве установки для коксования по способам без регенерации или с регенерацией тепла с целью изготовления кокса из угля, для реализации способа по любому из пп. 3-5, отличающееся тем, что в разделительной стенке подового канала между подовыми каналами (8, 9) предусмотрено одно или более отверстий (10).

13. Устройство, выполненное в качестве установки для коксования по способам без регенерации или с регенерацией тепла с целью изготовления кокса из угля, для реализации способа по п. 6, отличающееся тем, что отверстия (10) в разделительной стенке подового канала между подовыми каналами (8, 9) выполнены с возможностью закрывания при помощи задвижки, или же расход отработанных газов можно калибровать при помощи соответствующих задвижек, жиклеров или трубок Вентури.

14. Устройство, выполненное в качестве установки для коксования по способам без регенерации или с регенерацией тепла с целью изготовления кокса из угля, для реализации способа по любому из пп. 7-11, отличающееся тем, что предусмотрен вентилятор (14), который подключен таким образом, что отработанные газы, выводимые из камеры коксования, можно подавать в расположенные выше по направлению потока подовые каналы (8, 9), в спускные каналы (5) или в отверстия для первичного воздуха дверцы печи или свода печи.