Способ термоокислительного коксования и устройство для его осуществления Российский патент 2019 года по МПК C10B49/00 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к термической обработке каменных углей, и может быть; использовано в коксохимической промышленности при производстве кокса.

Известны способы термоокислительного коксования, включающие подачу угольного сырья в зону термоокислительного коксования, термоокислительную обработку угольного сырья путем нагрева угольного сырья с образованием летучих химических продуктов, сжигание и дальнейшее их удаление посредством системы удаления отработанных газов, термическую выдержку после термоокислительной обработки, охлаждение и разгрузку кокса, (см. патент РФ №2350643 по МПК С10В 47/40, опубл. 27.03.2009, и патент РФ №2413748 по МПК С10В 39/02, опубл. 10.03.2011).

Наиболее близкими по технической сущности являются способ термоокислительного коксования и устройство термоокислительного коксования (см. патент РФ №2350643 по МПК С10В 47/40, опубл. 27.03.2009).

Известный способ термоокислительного коксования, включает подачу угольного сырья в зону термоокислительного коксования, термоокислительную обработку угольного сырья путем нагрева угольного сырья с образованием летучих химических продуктов, сжигание и дальнейшее их удаление посредством системы удаления отработанных газов, термическую выдержку после термоокислительной обработки, охлаждение и разгрузку кокса, причем нагревание угольного сырья осуществляют до температуры 1100°С излучением нескольких оптических квантовых генераторов большой плотности энергии - лазеров, расположенных над верхней колосниковой решеткой, с получением кокса и газов, удаляемых из камеры термоокислительного коксования, а известное устройство термоокислительного коксования содержит питательный бункер с выпускным окном, верхнюю и нижнюю колосниковые решетки, камеру термоокислительного коксования, расположенную над верхней колосниковой решеткой, под которой расположена термическая камера выдержки, над верхней колосниковой решеткой расположены несколько оптических квантовых генераторов большой плотности энергии - лазеров.

Недостатками известного способа термоокислительного коксования и устройства термоокислительного коксования являются большие капитальные затраты на оснащение их оптическими квантовыми генераторами большой плотности энергии - лазерами, их дорогостоящее обслуживание и колоссальные энергозатраты, имеют низкую эргономичность и надежность, высокую энергоемкость, требуют дополнительных эксплуатационных затрат, усложняя эксплуатацию.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение капитальных и эксплуатационных затрат, обеспечение надежности при эксплуатации, повышение экономичности, производительности, расширение эксплуатационных возможностей и технологического режима в зависимости от количества и качества исходного угольного сырья, повышение качества выпускаемого кокса за счет регулирования температурного режима посредством подколосникового дутья и вихревых потоков горящих газов в зоне коксования.

Технический результат достигается тем, что в способе, включающем подачу из питательного бункера через выпускное окно угольного сырья в зону коксования камеры термоокислительного коксования, термоокислительную обработку угольного сырья путем нагрева угольного сырья с поверхностным возгоранием и последующем горением летучих веществ, удаление отработанных газов посредством системы удаления, термическую выдержку после термоокислительной обработки, охлаждение и разгрузку кокса, согласно изобретению термоокислительную обработку угольного сырья осуществляют в присутствии подколосниковых дутьевых потоков в камере термоокислительного коксования, разделенной перегородкой-экраном с завихрительным изгибом на две зоны коксования, причем на первой зоне коксования от выпускного окна осуществляют подсушивание и поверхностный розжиг угольного сырья с температурой 380-400°С с подколосниковым дутьевым подмесом атмосферного воздуха, а на следующей второй зоне коксования камеры термоокислительного коксования осуществляют термоокислительную обработку при температуре 1000-1200°С, которую поддерживают подколосниковым дутьем и завихрительными потоками горящих газов, постоянно направляемых в процессе термоокислительной обработки посредством завихрительного изгиба на поверхность обрабатываемого слоя угольного сырья, получая при этом полуготовый продукт в виде полукокса, который подают при этой температуре в камеру термической выдержки для термической выдержки в течение 2,5-4 часов для окончательного вывода летучих веществ и увеличения структурной прочности с постепенным охлаждением в ней до 400-200°С, а после выпуска на нижнюю колосниковую решетку осуществляют последующее охлаждение до температуры 100-80°С посредством мелкодисперсной подачи воды. В устройстве термоокислительного коксования для осуществления способа, содержащем накопительный бункер, питательный бункер с выпускным окном, зону коксования камеры термоокислительного коксования с возможностью нагрева слоя угля с поверхностным возгоранием, верхнюю и нижнюю колосниковые решетки, между которыми расположена термическая камера выдержки и систему удаления отработанных газов, согласно изобретению оно снабжено системой подачи подколосникового дутья с подколосниковыми дутьевыми окнами, система удаления отработанных газов снабжена дутьевым окном подмеса атмосферного воздуха для снижения температуры и концентрации отработанных газов и выполнена с возможностью регулировки скорости потока отработанных газов, верхняя и нижняя колосниковые решетки снабжены в средних частях подрезающими планками, закрепленными с зазором от поверхности колосниковых решеток, камера термоокислительного коксования снабжена перегородкой-экраном с завихрительным изгибом в сторону от выпускного окна, разделяя камеру термоокислительного коксования на две зоны коксования, причем под первой зоной коксования расположено подколосниковое дутьевое окно подмеса атмосферного воздуха в первую зону коксования. Первая зона коксования составляет третью часть от всей зоны коксования камеры термоокислительного коксования. Зазор между подрезающими планками и колосниковыми решетками равен 10-15 мм. Над нижней колосниковой решеткой расположены форсунки дисперсной подачи воды. Перегородка-экран представляет собой внутреннюю перегородку определенной конфигурации с возможностью создания завихрительных потоков горящих газов, взаимодействующих с поверхностью слоя у

На схеме представлено устройство термоокислительного коксования.

Устройство содержит накопительный бункер 1, сообщающийся с питательным бункером 2, выполненным с выпускным окном 3, снабженным регулирующим затвором 4, верхнюю 5 и нижнюю 6 колосниковые решетки, выполненные в виде пластинчатых конвейеров, дутьевые каналы 7 и подколосниковые дутьевые окна 8 системы подачи подколосникового дутья 9, а также систему удаления отработанных газов 10.

Над верхней колосниковой решеткой 5 расположена камера термоокислительного коксования, снабженная перегородкой-экраном 11 с завихрительным изгибом 12 в сторону от выпускного окна, разделяя камеру термоокислительного коксования на две зоны коксования, образуя первую зону коксования 13, составляющую третью часть от всей зоны коксования камеры термоокислительного коксования и вторую зону коксования 14. Перегородка-экран 11 выполнена определенной конфигурации, достигнутой опытным путем и испытаниями.

Между верхней 5 и нижней 6 колосниковыми решетками расположена термическая камера выдержки 15. Верхняя 5 и нижняя 6 колосниковые решетки в средней части снабжены подрезающими поперечными планками 16 и 17, установленными от поверхности колосниковых решеток с зазором 10-15 мм.

Система удаления отработанных газов 10 снабжена заслонкой регулировки скорости потока 18 и дутьевыми окном подмеса атмосферного воздуха 19 для охлаждения отработанных газов до температуры 250-200°С. Под верхней колосниковой решеткой 5 расположено подколосниковое дутьевое окно подмеса атмосферного воздуха 20 в первую зону коксования 13.

В конце нижней колосниковой решетки 6 расположен стол выгрузки кокса 21 и конвейер транспортировки кокса 22. Верхняя 5 и нижняя 6 колосниковые решетки выполнены с возможностью регулировки скорости их перемещения в широком диапазоне. Над нижней колосниковой решеткой, расположены форсунки дисперсной подачи воды (на чертеже не показаны).

Получение кокса с помощью предлагаемого способа и устройства термоокислительного коксования осуществляется следующим образом.

В качестве исходного сырья применяются полидисперсные недефицитные неспекающиеся и/или слабоспекающиеся кусковые угли различной фракции.

Угольное сырье из накопительного бункера 1 постепенно продвигается под своим весом вниз в питательный бункер 2 и через выпускное окно 3 подается на верхнюю колосниковую решетку 5. Розжиг угольного сырья осуществляется разово посредством применения ручной газовой горелки. На первой зоне коксования 13 осуществляется подсушка и поверхностный розжиг угля, обеспечивается равномерное пропекание всего слоя сырья, с температурой 380-400°С, которую регулируют подколосниковым дутьем и изменением скорости потока выходящих газов.

Через подколосниковое дутьевое окно подмеса атмосферного воздуха 20 и подколосниковые дутьевые окна 8 подколосниковое дутье поступает в зону термоокислительного коксования, образуя в зоне коксования камеры термоокислительного коксования над подколосниковыми дутьевыми окнами 8 несколько участков, оказывающих определенное влияние на термоокислительный процесс.

Подколосниковые дутьевые окна 8 оказывают воздействие на все участки обеих половин зоны коксования камеры термоокислительного коксования, причем на первой зоне коксования 13 происходит процесс подсушивания, поверхностный розжиг и подогрев угля до температуры 380-400°С, достигаемой также и за счет подмеса атмосферного воздуха через подколосниковое дутьевое окно подмеса атмосферного воздуха 20. Подсушка и поверхностный розжиг угля на первой зоне коксования 13 обеспечивает равномерное пропекание слоя угольного сырья.

На второй зоне коксования 14 температура повышается до 1000-1200°С, при которой и происходит термоокислительный процесс коксования с последующей выдержкой в термической камере выдержки 15 в течение 2,5-4 часов в зависимости от марки угля.

В момент подачи дутья в подколосниковые дутьевые окна первой зоны коксования 13 осуществляется поверхностное возгорание и последующее горение летучих веществ Термическая деструкция угля приводит к выделению из угля газообразных летучих веществ, которые в свою очередь, как наиболее реакционно-активные, сгорают, обеспечивая автогенность процесса коксования.

Подрезающая поперечная планки 16 при перемещении верхней колосниковой решетки 5 подрезает и перемешивает слой угольного сырья с отрывом летучих газов для более равномерного распределения горения по поверхности верхней колосниковой решетки 5, обеспечивая равномерное пропекание всего слоя сырья. На второй зоне коксования 14 камеры термоокислительного коксования подача воздуха подколосникового дутья используется для регулирования температуры в камере термоокислительного коксования в большую или меньшую сторону, обеспечивая лучшее пропекание. Благодаря перегородки-экрану 11 с завихрительным изгибом 12 во второй зоне коксования образуются вихревые потоки, которые прижимаясь к поверхности слоя обрабатываемого угля, поддерживают совместно с подколосниковым дутьем на определенном уровне заданный температурный режим в пределах 1000-1200°С.

Образующиеся при коксовании дымовые газы удаляются через систему удаления отработанных газов 10 за счет естественной тяги, а поступающий в систему атмосферный воздух через дутьевое окно для подмеса атмосферного воздуха 19 разбавляет горячие газы холодным воздухом и их температура снижается до 250-200°С.

В термической камере выдержки 15 в течение 2,5-4 часов, в которую кокс поступает с температурой 1000-1200°С, происходит увеличение структурной прочности кокса путем прокалки без доступа кислорода.

Движение сырья в камере термической выдержки 15 происходит за счет собственной массы. Постепенно перемещаясь в направлении нижней колосниковой решетки 6, кокс охлаждается посредством внутренних трубчатых охладительных экранов (на чертеже не показаны) до температуры 400-200°С. После термической выдержки кокс поступает на нижнюю колосниковую решетку 6 с последующим дисперсным охлаждением кокса водой до температуры 100-80°С посредством форсунок дисперсной подачи воды, расположенных над нижней колосниковой решеткой 6 (на схеме не показаны). Подрезающая поперечная планка 16, обеспечивает равномерное пропекание всего слоя сырья, а подрезающая поперечная планка 17, перемешивает слой кокса, обеспечивая равномерное охлаждение.

Уровень кокса контролируется работой нижней колосниковой решеткой 6, перемещаясь на которой кокс доходит до стадии окончательного охлаждения с целью снижения его температуры для беспрепятственной и безопасной транспортировки, исключая возможность возгорания.

С нижней колосниковой решетки 6 кокс, как окончательно готовый продукт, выгружается через стол выгрузки кокса 21 на конвейер транспортировки кокса 22 для погрузки в технологический транспорт.

В предлагаемом устройстве камера термоокислительного коксования, камера термической выдержки продукции, система удаления отработанных газов выполнены с применением известных способов футеровки шамотным кирпичом и внутренних трубчатых охладительных экранами для эффективной регулировки температурного режима и получения тепла для собственных нужд.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить качество получаемой продукции.

Изобретение может быть использовано в коксохимической промышленности при производстве кокса. Термоокислительную обработку угольного сырья осуществляют в камере термоокислительного коксования, разделенной перегородкой-экраном с завихрительным изгибом на две зоны коксования. На первой зоне коксования осуществляют подсушивание и подогрев угля с температурой 380-400°С, на второй зоне коксования осуществляют термоокислительную обработку при температуре 1000-1200°С, термическую выдержку осуществляют в течение 2,5-4 часов с постепенным охлаждением в ней до 200-400°С. Последующее охлаждение осуществляют водой до температуры 80-100°С. Устройство содержит накопительный бункер 1, питательный бункер 2, верхнюю 5 и нижнюю 6 колосниковые решетки, подколосниковые дутьевые окна 8, систему удаления отработанных газов 10, камеру термоокислительного коксования, разделенную на две зоны коксования перегородкой-экраном 11 с завихрительным изгибом 12. Между верхней 5 и нижней 6 колосниковыми решетками расположена термическая камера выдержки 15. Предложенные изобретения обеспечивают надежность при эксплуатации, повышение производительности и качества выпускаемого кокса. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ термоокислительного коксования, включающий подачу из питательного бункера через выпускное окно угольного сырья в зону коксования камеры термоокислительного коксования, термоокислительную обработку угольного сырья путем нагрева угольного сырья с поверхностным возгоранием и последующим горением летучих веществ, удаление отработанных газов посредством системы удаления, термическую выдержку после термоокислительной обработки, охлаждение и разгрузку кокса, отличающийся тем, что термоокислительную обработку угольного сырья осуществляют в присутствии подколосниковых дутьевых потоков в камере термоокислительного коксования, разделенной перегородкой-экраном с завихрительным изгибом на две зоны коксования, причем на первой зоне коксования от выпускного окна осуществляют подсушивание и поверхностный розжиг угольного сырья с температурой 380-400°С с подколосниковым дутьевым подмесом атмосферного воздуха, а на следующей, второй зоне коксования камеры термоокислительного коксования, осуществляют термоокислительную обработку при температуре 1000-1200°С, которую поддерживают подколосниковым дутьем и завихрительными потоками горящих газов, постоянно направляемых в процессе термоокислительной обработки посредством завихрительного изгиба на поверхность обрабатываемого слоя угольного сырья, получая при этом полуготовый продукт в виде полукокса, который подают при этой температуре в камеру термической выдержки для термической выдержки в течение 2,5-4 часов для окончательного вывода летучих веществ и увеличения структурной прочности с постепенным охлаждением в ней до 200-400°С, а после выпуска на нижнюю колосниковую решетку осуществляют последующее охлаждение до температуры 80-100°С посредством мелкодисперсной подачи воды.

2. Устройство для осуществления способа термоокислительного коксования, содержащее накопительный бункер, питательный бункер с выпускным окном, зону коксования камеры термоокислительного коксования с возможностью нагрева слоя угля с поверхностным возгоранием, верхнюю и нижнюю колосниковые решетки, между которыми расположена термическая камера выдержки, и систему удаления отработанных газов, отличающееся тем, что оно снабжено системой подачи подколосникового дутья с подколосниковыми дутьевыми окнами, система удаления отработанных газов снабжена дутьевым окном подмеса атмосферного воздуха для снижения температуры и концентрации отработанных газов и выполнена с возможностью регулировки скорости потока отработанных газов, верхняя и нижняя колосниковые решетки снабжены в средних частях подрезающими планками, закрепленными с зазором от поверхности колосниковых решеток, камера термоокислительного коксования снабжена перегородкой-экраном с завихрительным изгибом в сторону от выпускного окна, разделяя камеру термоокислительного коксования на две зоны коксования, причем под первой зоной коксования расположено подколосниковое дутьевое окно подмеса атмосферного воздуха в первую зону коксования.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что первая зона коксования составляет третью часть от всей зоны коксования камеры термоокислительного коксования.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что зазор между подрезающими планками и колосниковыми решетками равен 10-15 мм.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что над нижней колосниковой решеткой расположены форсунки дисперсной подачи воды.

6. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что перегородка-экран представляет собой внутреннюю перегородку конфигурации, обеспечивающей возможность создания завихрительных потоков горящих газов, взаимодействующих с поверхностью слоя угля.