Установка сухого гасіння коксу

Реферат: Запропонована установка сухого гасіння коксу, яка містить циклон замість традиційного пилоуловлювача, як первинного пилоуловлювача, причому установка сухого гасіння коксу має таку конструкцію, яка не передбачає подачу циркулюючого охолоджувального газу з температурою близько 1000 °C в циклон і дозволяє підвищити температуру циркулюючого охолоджувального газу до близько 1000 °C перед надходженням в котел-утилізатор, тим самим запобігаючи зниженню ступеня рекуперації тепла котлом-утилізатором, без збільшення величини витрати потоку циркулюючого охолоджувального газу. Установка 100 сухого гасіння коксу містить: камеру 10, в яку подається розжарений до червоного кокс і вдувається циркулюючий охолоджувальний газ; циклон 20, в який через перший канал 70 вводиться циркулюючий охолоджувальний газ, причому циклон збирає коксовий порошок; і котел-утилізатор 30, в який циркулюючий охолоджувальний газ вводиться через другий канал 80, причому котел-утилізатор утилізує тепло циркулюючого охолоджувального газу. У циклон 20 надходить циркулюючий охолоджувальний газ, що має температуру, відрегульовану на рівні 900 °C або нижче, і повітропідвідний канал 40 для введення повітря в циркулюючий охолоджувальний газ, розташований тільки на частині вздовж другого каналу 80. UA 114336 C2 (12) UA 114336 C2 UA 114336 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ОПИС Галузь техніки, до якої належить винахід Даний винахід стосується установки сухого гасіння коксу. Рівень техніки Процес виробництва чавуну починається з етапу одержання переробного чавуну, де чавун одержують відновленням із залізної руди (оксиду заліза) коксом, який являє собою ущільнене випалюванням вугілля. Обладнання для технології сухого гасіння коксу (СГК) являє собою установку для охолоджування розжареного до червоного коксу, одержаного випалюванням в коксовій печі, тепло якого утилізують для виробництва високотемпературної і високонапорної пари. Одержану таким чином пару звичайно використовують для вироблення електроенергії і як технологічну пару для одержання чавуну і сталі. З посиланням далі на Фіг. 4, нижчевикладене коротко описує традиційну УСГК. Як показано на кресленні, традиційна УСГК включає два теплообмінники в камері CB і котел-утилізатор BO. У камері CB для охолоджування розжареного до червоного коксу Со застосовують інертний газ як циркулюючий охолоджувальний газ (газ, що містить азот як основний інгредієнт, а також СО 2, Н2О, невелику кількість СО і Н2). Камера CB і котел-утилізатор BO приєднані до первинного пилоуловлювача PD через перший канал Fd, який потім з'єднаний з котлом-утилізатором BO другим каналом Sd. Котелутилізатор BO з'єднаний із вторинним пилоуловлювачем SD через третій канал Td, який потім з'єднується з камерою CB через газодувку GB і третій канал Td. Пилоуловлювачі PD і SD мають внутрішні стінки, з якими зіштовхується газ, і в процесі протікання через них циркулюючого охолоджувального газу пил, такий, як кокс, зіштовхується зі стінками і падає вниз (напрямок R1 і напрямок R2). Розжарений до червоного кокс Со, який вивантажений з непоказаної коксової печі і зберігається в непоказаному ковші, надходить в камеру CB з її верху (напрямок X1). Камера CB включає верхню передкамеру PC для вміщування розжареного до червоного коксу Co при високій температурі, з якої розжарений до червоного кокс Co може падати вниз в розташовану нижче охолоджувальну камеру CC через постійні проміжки часу. Такий експлуатаційний режим дозволяє охолоджувати розжарений до червоного кокс Co від вихідної температури близько 1000 °C до 200 °C або нижче (утворюється охолоджений розжарений до червоного кокс Co'), який потім виводиться назовні через коксорозвантажувальний пристрій EJ, передбачений в донній частині камери CB, і потім подається в непоказану доменну піч конвеєром BC. Такий циркулюючий охолоджувальний газ містить газ, який не згорів, такий, як СО, і для того, щоб повністю завершити реакцію горіння такого газу, який не згорів, перш ніж циркулюючий охолоджувальний газ досягне входу в котел-утилізатор BO, звичайно на верху кільцевого каналу Rd, який оточує передкамеру PC камери CB, передбачають повітропідвідний канал AD для згоряння газу, який не згорів, через який в циркулюючий охолоджувальний газ підводиться повітря для згоряння. Обґрунтування для повного допалювання газу, який не згорів, перш ніж циркулюючий охолоджувальний газ досягне котла-утилізатора, полягає в підвищенні температури циркулюючого охолоджувального газу і тим самим в збільшенні кількості тепла, що утилізується котлом-утилізатором. Причина подачі повітря для згоряння на стороні вище потоку відносно першого пилоуловлювача PD полягає в тому, що змішування газу, який не згорів, і повітря (кисню) для достатнього згоряння займає визначений час. Циркулюючий охолоджувальний газ, що підіймається з охолоджувальної камери CC в кільцевий канал Rd, має температуру, підвищену до величини від близько 800 до 900 °C, до якого потім підводиться повітря для згоряння, згідно з чим температура циркулюючого охолоджувального газу підвищується ще більше до близько 1000 °C, створюючи високотемпературну атмосферу. Загалом і в цілому, циркулюючий охолоджувальний газ протікає в УСГК таким чином. Циркулюючий охолоджувальний газ, що включає інертний газ, вдувається в охолоджувальну камеру CC в нижній частині камери з газодувки GB як частини циркуляційної установки (напрямок Y1), і підіймається вгору (напрямок Y2) для вступу в контакт з високотемпературним розжареним до червоного коксом Co, який падає вниз (напрямок X2). Потім циркулюючий охолоджувальний газ проходить через кільцевий канал Rd, який оточує PC, і надходить в первинний пилоуловлювач PD з першого каналу Fd (газоходу) (напрямок Y2), і протікає у бік котла-утилізатора (напрямок Y3). Циркулюючий охолоджувальний газ, що протікає через перший канал Fd, звичайно включає велику кількість коксового порошку, що має високу абразивність, і тим самим первинний пилоуловлювач PD може виконувати попереднє уловлювання від 20 до 30 % усього коксового порошку (напрямок R1). 1 UA 114336 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Всередині котла-утилізатора BO знаходиться водопідвідний трубопровід FW і паровипускний трубопровід DW, які змонтовані у вигляді єдиної суцільної конструкції, так що вода підводиться через водопідвідний трубопровід FW (напрямок Z1), вода перетворюється в пару, протікаючи при цьому через котел-утилізатор BO (напрямок Z2) під дією тепла циркулюючого охолоджувального газу, що протікає через котел-утилізатор BO (напрямок Y4), і потім пара виводиться через паровипускний трубопровід DW для рекуперації тепла (напрямок Z3). Температура циркулюючого охолоджувального газу, тепло якого було відведене для генерування пари, падає до 200 °C або нижче, і він протікає в сторону повторного пилоуловлювача SD через третій канал (напрямок Y5), де вловлюється велика частина коксового порошку, що залишився в циркулюючому охолоджувальному газі (напрямок R2).) Після того, як була зібрана велика частина коксового порошку, що міститься в циркулюючому охолоджувальному газі, і температура знизилася до 200 °C або нижче, температура циркулюючого охолоджувального газу додатково знижується в газодувці GB і в підігрівачі SE живильної води до рівня близько 130 °C, і циркулюючий охолоджувальний газ в такому стані вдувається в охолоджувальну камеру CC (напрямок Y1). Таким чином, циркулюючий охолоджувальний газ циркулює в УСГК. Патентний Документ 1 розкриває спосіб, що стосується установки сухого гасіння коксу, який розрахований на підведення повітря для згоряння газу, який не згорів, в циркулюючий охолоджувальний газ на стороні вище по потоку відносно первинного пилоуловлювача, як показано в Фіг. 4, особливою ознакою якого є шлях вдування повітря. Представлена в Патентному Документі 1 УСГК також включає первинний пилоуловлювач традиційної конструкції, і, як було описано вище, такий первинний пилоуловлювач звичайно належить до типу з низькою ефективністю уловлювання, і тим самим в УСГК необхідно запобігати абразивному зношуванню котла-утилізатора. Для цього застосовують, наприклад, спосіб, в якому формують зносостійку плівку нанесенням стійкого до стирання матеріалу на поверхню теплопередачі термічним напилюванням або тому подібним, або спосіб, в якому сповільнюють протікання циркулюючого охолоджувального газу. Спосіб формування зносостійкої плівки нанесенням стійкого до стирання матеріалу на поверхню стінки термічним напилюванням або тому подібним пов'язаний зі значною проблемою витрат, необхідних для такої операції формування плівки. У способі сповільнення течії циркулюючого охолоджувального газу повинна бути збільшена площа поверхні теплоперенесення, щоб компенсувати зниження ефективності теплопередачі внаслідок повільнішої течії, і тим самим запобігти скороченню кількості тепла, що витягується. Таке збільшення площі поверхні теплоперенесення напрямку зумовлює зростання габаритів котлаутилізатора, що також веде до проблеми вартості установки. Замість традиційного первинного пилоуловлювача може бути використаний циклон, як представлено в Патентному Документі 2, щоб тим самим підвищити продуктивність уловлювання коксового порошку, який міститься в циркулюючому охолоджувальному газі, на етапі, що передує надходженню циркулюючого охолоджувального газу в котел-утилізатор, і, наприклад, запобігти збільшенню витрат, зумовлених укрупненням котла-утилізатора. Однак, оскільки в циклон надходить циркулюючий охолоджувальний газ з температурою близько 1000 °C, стає ускладненим застосування нержавіючої сталі або тому подібного для циклону, яка являє собою типову жаростійку сталь для спорудження циклону, і повинні використовуватися дорогі жароміцні матеріали, такі, як Інконель, і тим самим проблема вартості встановлення як і раніше не може бути дозволена. У доповнення, виникає ще одна проблема окалини (розплаву), що налипає на стінку циклону, в зв'язку зі спільною присутністю газу, який не згорів, і кисню, і протікання реакції їх згоряння, в результаті чого погіршується характеристика збирання пилу. Як додатковий контрзахід може розглядатися застосування циклону і підвищення величини витрати потоку циркулюючого охолоджувального газу для зниження температури газу. У цьому випадку також не можна уникнути збільшення розміру (в тому числі зростання енергоспоживання газодувкою) (системи) СГК загалом внаслідок підвищення швидкості течії газу, і тим самим як і раніше залишається проблема вартості установки. Перелік процитованих джерел Патентні Документи Патентний Документ 1: Публікація заявки на патент Японії № S61(1986)-168690 А Патентний Документ 2: Публікація заявки на корисну модель Японії № S63(1988)-81838 А Розкриття винаходу Технічна проблема 2 UA 114336 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 З урахуванням вищезазначених проблем задача даного винаходу полягає в створенні установки сухого гасіння коксу, яка може підвищити ефективність уловлювання коксового порошку, який міститься в циркулюючому охолоджувальному газі, на етапі, що передує надходженню циркулюючого охолоджувального газу в котел-утилізатор. Установка сухого гасіння коксу замість традиційного пилоуловлювача включає циклон як первинний пилоуловлювач, причому установка сухого гасіння коксу має таку конфігурацію, яка не передбачає подачі в циклон циркулюючого охолоджувального газу з температурою близько 1000 °C, і забезпечує можливість підвищення температури циркулюючого охолоджувального газу до близько 1000 °C перед надходженням в котел-утилізатор, тим самим запобігаючи скороченню ступеня рекуперації тепла котлом-утилізатором без збільшення величини витрати потоку циркулюючого охолоджувального газу. Вирішення проблеми Для вирішення вищезгаданої задачі установка сухого гасіння коксу згідно з даним винаходом містить: камеру, в яку подається розжарений до червоного кокс і вдувається циркулюючий охолоджувальний газ; пилоуловлювач, в який циркулюючий охолоджувальний газ, що має підвищену за допомогою розжареного до червоного коксу в камері температуру, вводиться через перший канал, причому пилоуловлювач збирає коксовий порошок з циркулюючого охолоджувального газу; і котел-утилізатор, в який циркулюючий охолоджувальний газ, що протікає з пилоуловлювача, вводиться через другий канал, причому котел-утилізатор утилізує тепло циркулюючого охолоджувального газу. Циркулюючий охолоджувальний газ, що протікає з котла-утилізатора, повертається знову в камеру через третій канал, що з'єднує котел-утилізатор і камеру, тим самим охолоджуючи в ній розжарений до червоного кокс. Пилоуловлювач містить циклон. У циклон надходить циркулюючий охолоджувальний газ, температура якого відрегульована на рівні 900 °C або нижче. Повітропідвідний канал для введення повітря в циркулюючий охолоджувальний газ для згоряння газу, який не згорів, в циркулюючому охолоджувальному газі розташований тільки на частині вздовж другого каналу. Установка сухого гасіння коксу (УСГК) згідно з даним винаходом містить циклон як пилоуловлювач, і виконана з повітропідвідним каналом не на частині між камерою і першим каналом, а тільки на частині вздовж другого каналу, щоб підводити повітря в циркулюючий охолоджувальний газ для згоряння газу, який не згорів. Ця конфігурація забезпечує те, що в циклон надходить циркулюючий охолоджувальний газ, що має температуру, регульовану на рівні 900 °C або нижче, і в котел-утилізатор подається циркулюючий охолоджувальний газ з температурою близько 1000 °C після згоряння газу, який не згорів. Конфігурація "з подачею в циклон циркулюючого охолоджувального газу, що має температуру, регульовану на рівні 900 °C або нижче, і з розташуванням повітропідвідного каналу для підведення повітря в циркулюючий охолоджувальний газ для згоряння газу, який не згорів, в циркулюючому охолоджувальному газі не на частині між камерою і першим каналом, а тільки на частині вздовж другого каналу" означає, що подача циркулюючого охолоджувального газу, що має регульовану на рівні 900 °C або нижче температуру, і розташування повітропідвідного каналу тільки на частині вздовж другого каналу, тісно пов'язані між собою. Тобто, конструкція з введенням повітря, навіть якщо в малій кількості, в перший канал або в камеру, розташовані вище по потоку відносно циклону, наприклад, може виглядати такою, що не задовольняє конфігурації даного винаходу в плані конструкції (в буквальному значенні). Однак доти, поки в циклон подається циркулюючий охолоджувальний газ при температурі 900 °C або нижче, який не створює проблему на поверхні стінки циклону, такий режим регулювання також входить в рамки вищезазначеної конфігурації згідно з даним винаходом. Тобто, конфігурацією, що виходить за рамки даного винаходу, є тільки режим подачі в циклон циркулюючого охолоджувального газу з температурою, що перевищує 900 °C, і для цього повітропідвідний канал розташовують на частині між камерою і першим каналом, і повітря, що підводиться цим шляхом, може генерувати циркулюючий охолоджувальний газ з температурою, що перевищує 900 °C (наприклад, з температурою близько 980 °C) в каналі вище по потоку відносно циклону. Тому не така конфігурація, але конструкція з подачею невеликої кількості повітря в циркулюючий охолоджувальний газ, яка включає повітропідвідний канал, такий, як канал на стороні вище по потоку відносно циклону, забезпечує переваги даного винаходу, і тим самим, коли конструкція передбачає введення в циклон циркулюючого охолоджувального газу з температурою 900 °C або нижче, така конструкція входить в рамки вищезазначеної конфігурації згідно з даним винаходом, навіть коли варіант із розташуванням повітропідвідного каналу відрізняється від вказаного в даному винаході. Тут ситуація з "регулюванням температури на рівні 900 °C або нижче" може бути реалізована тим, що повітря не подається на стороні вище по 3 UA 114336 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 потоку відносно циклону, на основі стандартних технічних характеристик УСГК. Ще одним варіантом є регулювання температури циркулюючого охолоджувального газу на низький рівень (наприклад, регулювання на величину близько 100 °C, тобто нижче, ніж на температуру 130 °C, яка є традиційною і типовою температурою) до і після того, як циркулюючий охолоджувальний газ надходить в охолоджувальну камеру, таким чином, що циркулюючий охолоджувальний газ, який протікає через перший канал, може мати температуру 900 °C або нижче. Таким чином, конструкція УСГК вдосконалена тим, що включає циклон, що має чудову продуктивність відносно уловлювання пилу, а також відмінний від традиційної конфігурації повітропідвідний канал для згоряння газу, який не згорів, в циркулюючому охолоджувальному газі. При такій конструкції в циклон для уловлювання пилу надходить циркулюючий охолоджувальний газ із температурою на відносно низькому рівні 900 °C або нижче, і завдяки цьому циклон може бути виконаний з типової жаростійкої сталі, такої, як нержавіюча сталь, в тому числі, наприклад, SUS304, а не з дорогого жароміцного матеріалу, такого, як Інконель. Конкретніше, повітря підводять до газу, який не згорів, в канал (другий канал), який розташований нижче по потоку відносно циклону, що створює вихороподібний потік, завдяки чому згоряння газу, який не згорів, може стимулюватися з використанням закрученого потоку циркулюючого охолоджувального газу, що включає газ, який не згорів. Тому конструкція, що має коротшу відстань між циклоном і котлом-утилізатором, тобто, коротшу довжину другого каналу, також може забезпечувати повноту згоряння газу, який не згорів, перш ніж циркулюючий охолоджувальний газ досягне котла-утилізатора. Автори даного винаходу підтвердили, що час, необхідний для переміщення закрученого циркулюючого охолоджувального газу від циклону до котла-утилізатора, становить близько 1 секунди або коротше, і газ, який не згорів, може бути повністю спалений за такий короткий час. Крім того, оскільки повітря не підводять у циркулюючий охолоджувальний газ у циклону, може бути виключене утворення в циклоні окалини, що створюється згорянням газу, який не згорів, яка налипає на стінку циклону. Цим може бути усунута проблема погіршення характеристики уловлювання пилу циклоном внаслідок окалини, яка налипнула на стінку. Оскільки температура циркулюючого охолоджувального газу, що підводиться в циклон, знижена, відповідно пригнічується теплове розширення. В результаті цього також скорочується об'єм циркулюючого охолоджувального газу, і циклон може бути зроблений компактним. Приблизна оцінка показує, що об'єм циркулюючого охолоджувального газу при температурі від близько 800 до 900 °C може становити близько 75 % від об'єму циркулюючого охолоджувального газу з температурою близько 980 °C. Також було виявлено, що використовуваний циклон може досягати кількості пилу, що уловлюється, яка в 3-8 разів перевищує продуктивність описаного вище традиційного первинного пилоуловлювача, і тим самим може в значній мірі знижувати концентрацію пилу. Це може різко скоротити вплив абразивного зношування циркулюючим охолоджувальним газом в котлові-утилізаторі, і тим самим стають непотрібними витрати на формування зносостійкої плівки, таке, як термічне напилювання, або на захисний пристрій. Течія циркулюючого охолоджувального газу також може бути прискорена приблизно в 1,5 рази, і може бути відповідно підвищена ефективність теплоперенесення (підвищене значення К (загальний коефіцієнт теплопередачі) дозволяє знизити площу поверхні теплоперенесення), так що котелутилізатор може бути виконаний компактним, коли повинна вироблятися постійна кількість пари. Підвищена ефективність уловлювання пилу циклоном може усунути необхідність у повторному пилоуловлювачі і зв'язаному з ним конвеєрі, які передбачаються нижче по потоку відносно котла-утилізатора в традиційній конструкції, приводячи до зниження вартості обладнання УСГК-системи загалом. Другий канал переважно включає виступаючу частину, яка виступає вгору від верхньої частини циклону, і горизонтальну частину, яка зігнута від виступаючої частини і продовжується в горизонтальному напрямку або по суті в горизонтальному напрямку, а повітропідвідний канал розташований на виступаючій частині. Тут "по суті горизонтальний напрямок" стосується нахилу відносно горизонтального напрямку в межах діапазону близько±20 градусів. Закручений потік циркулюючого охолоджувального газу, утворений циклоном, протікає по всій частині другого каналу, включаючи виступаючу частину і горизонтальну частину, що продовжується в горизонтальному напрямку або по суті в горизонтальному напрямку. Тут, оскільки повітропідвідний канал передбачений на виступаючій частині, яка виступає вгору від верхньої частини циклону, повітрю може бути додана вихороподібна течія з високою швидкістю закрученого потоку, завдяки чому може бути стимульоване згоряння газу, який не згорів, порівняно з ситуацією, коли повітря підводиться на горизонтальній частині. 4 UA 114336 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Повітропідвідний канал переважно може бути розташований в положенні, яке не перешкоджає закрученій течії, яка створюється під час протікання циркулюючого охолоджувального газу, з надходженням в циклон по криволінійно сформованому повітропідвідному каналу, розташованому, наприклад, збоку від циліндричної виступаючої частини, в той же час визначаючи напрямок надходження повітря, що подібним чином не заважає закрученій течії. Повітропідвідний канал може бути розташований різноманітними способами. Наприклад, може бути передбачений один повітропідвідний канал в положенні на заданому рівні виступаючої частини, або від двох до чотирьох повітропідвідних каналів можуть бути розташовані на одному і тому ж рівні виступаючої частини (у випадку двох, вони знаходяться в положеннях діагональних ліній, у випадку трьох, вони розташовані з інтервалами в 120 градусів, і у випадку чотирьох, вони розташовані з інтервалами в 90 градусів). Переваги винаходу Як зрозуміло з вищевикладеного, УСГК згідно з даним винаходом включає циклон, що має чудову продуктивність відносно уловлювання пилу, а також повітропідвідні канали, які розташовані іншим чином, ніж в традиційній конфігурації, для згоряння газу, який не згорів, в циркулюючому охолоджувальному газі. При такій конструкції циркулюючий охолоджувальний газ надходить в циклон для уловлювання пилу при нижчій температурі, ніж в традиційній конфігурації, без підвищення швидкості протікання циркулюючого охолоджувального газу, і тим самим циклон може бути виконаний із звичайної жаростійкої сталі. Також може бути скорочене утворення окалини в циклоні, і тим самим можна запобігти погіршенню характеристики уловлювання пилу циклону. Оскільки температура циркулюючого охолоджувального газу, що підводиться в циклон, становить 900 °C або нижче, також скорочується об'єм циркулюючого охолоджувального газу, і циклон може бути зроблений компактним. Оскільки циклон може значною мірою знижувати концентрацію пилу, циркулюючий охолоджувальний газ, що протікає через котел-утилізатор, містить менше пилу, і тим самим може бути усунута необхідність в діях проти абразивного зношування поверхні теплоперенесення в котлові-утилізаторі. Течія циркулюючого охолоджувального газу може бути прискорена, і тим самим котел-утилізатор може бути зроблений компактним завдяки поліпшеній ефективності теплопередачі. Також можуть бути непотрібними повторний пилоуловлювач і зв'язаний з ним конвеєр, і в поєднанні з такими різноманітними сприятливими ефектами може бути значно знижена вартість встановлення УСГК-системи загалом. Короткий опис креслень [Фігура 1] Фіг. 1 схематично ілюструє один варіант виконання установки сухого гасіння коксу згідно з даним винаходом. [Фігура 2] Фіг. 2 представляє збільшений вигляд в перспективі циклону і другого каналу. [Фігура 3] Фіг. 3 представляє вигляд в перерізі, проведеному по стрілці III-III на Фіг. 2. [Фігура 4] Фіг. 4 схематично показує один варіант виконання традиційної установки сухого гасіння коксу. Опис варіантів здійснення винаходу Далі описаний один варіант виконання установки сухого гасіння коксу згідно з даним винаходом, з посиланням на креслення. В ілюстрованому прикладі виступаюча частина другого каналу забезпечена чотирма повітропідвідними каналами, розташованими з інтервалами в 90 градусів. Зрозуміло, виступаюча частина може бути забезпечена повітропідвідними каналами в іншій кількості, ніж в ілюстрованому прикладі, або повітропідвідний канал може бути передбачений на горизонтальній частині. (Варіант виконання установки сухого гасіння коксу) Фіг. 1 схематично ілюструє один варіант виконання сухого гасіння коксу згідно з даним винаходом, Фіг. 2 представляє збільшений вигляд у перспективі циклону і другого каналу, і Фіг. 3 представляє вигляд в перерізі, проведеному по стрілці III-III в Фіг. 2. Схематично проілюстрована установка 100 сухого гасіння коксу (УСГК) включає два теплообмінники камери 10 і котел-утилізатор 30, а також циклон 20 як пилоуловлювач, які сполучаються по текучому середовищу між собою через перший канал 70, другий канал 80 і третій канал 90, утворюючи проточну систему циркулюючого охолоджувального газу, що включає інертний газ (наприклад, газ, що містить азот як основний компонент, а також СО 2, Н2О, невелика кількість СО і Н2). Конкретніше, камера 10 і циклон 20 з'єднані першим каналом 70, циклон 20 і котелутилізатор 30 з'єднані другим каналом 80, і котел-утилізатор 30 і камера 10 з'єднані через розташовану між ними газодувку 50 і третій канал 90. Циркулюючий охолоджувальний газ, що включає інертний газ, охолоджує високотемпературний розжарений до червоного кокс Со, в той же час з циркуляцією в 5 UA 114336 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ілюстрованій проточній системі, і циркулюючий охолоджувальний газ з підвищеною температурою від тепла розжареного до червоного коксу Со випаровує воду, що протікає через котел-утилізатор 30, тим самим утворюючи пару. Розжарений до червоного кокс, який вивантажений з непоказаної коксової печі і зберігається в непоказаному ковші, надходить в камеру 10 з її верху (напрямок Х1). Камера 10 включає верхню передкамеру 11 для вміщування при високій температурі розжареного до червоного коксу Со, з якої розжарений до червоного кокс Со може падати вниз в розташовану нижче охолоджувальну камеру 12 через постійні інтервали часу. Такий режим роботи дозволяє розжареному до червоного коксу Со охолоджуватися від вихідної температури близько 1000 °C до температури 200 °C або нижче (утворюється охолоджений розжарений до червоного кокс Co'), який потім виводиться назовні через коксорозвантажувальний пристрій 14, передбачений в донній частині камери 10, і потім подається в непоказану доменну піч конвеєром 15. Такий циркулюючий охолоджувальний газ містить газ, який не згорів, такий як СО, і для того, щоб повністю спалити такий газ, який не згорів, перш ніж циркулюючий охолоджувальний газ досягне входу в котел-утилізатор 30, ілюстрована установка 100 сухого гасіння коксу включає повітропідвідний канал 40 для спалювання газу, який не згорів, тільки в положенні вздовж другого каналу 80, розташованого нижче по потоку відносно циклону 20 (не в положенні вздовж камери 10 або першого каналу 70), через який в циркулюючий охолоджувальний газ підводиться повітря для згоряння. Циркулюючий охолоджувальний газ вдувається в охолоджувальну камеру 12 в нижній частині камери з газодувки 50 як частини циркуляційної системи (напрямок Y1), і підіймається вгору (напрямок Y2), щоб входити в контакт з високотемпературним розжареним до червоного коксом Со (напрямок Х2), який падає вниз. Потім циркулюючий охолоджувальний газ проходить через кільцевий канал 13, який оточує передкамеру 11, надходить в циклон 20, який діє як пилоуловлювач, з першого каналу 70 (напрямок Y2), перетворюється в закручений потік Y3' в циклоні 20, і протікає у бік котла-утилізатора (напрямок Y3"). Температура циркулюючого охолоджувального газу, що підіймається вгору з охолоджувальної камери 12 в кільцевий канал 13 (напрямок Y1), підвищується до близько 800 °C, і, на відміну від традиційної УСГК-системи, повітря для згоряння не підводиться в циркулюючий охолоджувальний газ в камері 10, і тим самим температура циркулюючого охолоджувального газу вже більше не зростає. Потім циркулюючий охолоджувальний газ з температурою близько 800 °C (температурою 900 °C або нижче) протікає з кільцевого каналу 13 в перший канал 70. Циркулюючий охолоджувальний газ, що протікає через перший канал 70, надходить в циклон 30, зберігаючи при цьому температуру близько 800 °C, де утворюється закручений потік Y3'. Як показано в Фіг. 2, циклон 20 має циліндричну форму, що має поступово зменшуваний донизу діаметр, всередині якого приєднаний в сполученні по текучому середовищу криволінійно сформований канал 21 коксозавантажувального пристрою для циркулюючого охолоджувального газу. З верхньої частини циклону 20 виступає виступаюча частина 81 як частина другого каналу 80, від якого горизонтальна частина 82 як частина другого каналу 80 згинається і веде у бік котла-утилізатора 30. На частині вздовж виступаючої частини 81 з інтервалами в 90 градусів розташовані чотири повітропідвідні канали 40, як показано в Фіг. 3, де напрямок (напрямок Q2) введення повітря від кожного з повітропідвідних каналів 40 передбачений по траєкторії, що не порушує закрученого потоку Y3' циркулюючого охолоджувального газу, сформованого під час протікання через канал 21 коксозавантажувального пристрою (напрямок Y2). З посиланням знову на Фіг. 1, циклон 20 ефективно вловлює коксовий порошок, що міститься в циркулюючому охолоджувальному газі, що має високу абразивність. Потім, на виступаючій частині 81 другого каналу 80 над циклоном 20, подається повітря для композиції газу, який не згорів, в циркулюючому охолоджувальному газі. Оскільки потік циркулюючого охолоджувального газу тут закручений, газ, який не згорів, може в достатній мірі змішуватися з повітрям, що підводиться, тим самим сприяючи згорянню газу, який не згорів. Після повного згоряння газу, який не згорів, коли циркулюючий охолоджувальний газ протікає у бік котла-утилізатора через горизонтальну частину 82 в формі закрученого потоку Y3", його температура підвищується до близько 1000 °C від температури 800 °C (900 °C або нижче), яка являє собою температуру перед надходженням в циклон 20, і потім протікає в котел-утилізатор 30. Всередині котла-утилізатора 30 знаходиться парогенераторний/рекупераційний канал 35 для подачі води і виведення пари. Вода подається через парогенераторний/рекупераційний 6 UA 114336 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 канал 35 (напрямок Z1), і вода перетворюється в пару, протікаючи через котел-утилізатор 30 (напрямок Z2), під дією тепла циркулюючого охолоджувального газу, що протікає через котелутилізатор 30 (напрямок Y4). Потім пара виводиться через парогенераторний/рекупераційний канал 35 для повторного використання тепла (напрямок Z3). Температура циркулюючого охолоджувального газу, тепло якого було відібране внаслідок генерування пари, знижується до 200 °C або нижче, і він протікає у бік камери 10 через третій канал 90 (напрямок Y5). Температура циркулюючого охолоджувального газу ще більше падає при проходженні через газодувку 50 і підігрівач 60 живильної води, так що циркулюючий охолоджувальний газ вдувається в охолоджувальну камеру 12, маючи температуру близько 130 °C (напрямок Y1). Цим шляхом циркулюючий охолоджувальний газ циркулює в УСГКсистемі. Таким чином, конструкція УСГК вдосконалена тим, що включає циклон 20, що має чудову ефективність уловлювання пилу, а також повітропідвідні канали 40, розташовані інакше, ніж в традиційній конфігурації, для згоряння газу, який не згорів, в циркулюючому охолоджувальному газі. При такій конструкції циркулюючий охолоджувальний газ з температурою у відносно низькому діапазоні 900 °C або нижче надходить у циклон 20 для уловлювання пилу, і тим самим циклон 20 може бути виконаний із звичайної жаростійкої сталі, такої, як нержавіюча сталь, а не з дорогого жароміцного матеріалу, такого, як Інконель. Конкретніше, повітря підводиться до газу, який не згорів, у другий канал 80 нижче по потоку відносно циклону 20, що створює закручений потік Y3', завдяки чому згоряння газу, який не згорів, може бути стимульоване з використанням закрученого потоку Y3' циркулюючого охолоджувального газу, що містить газ, який не згорів. Тому конструкція, що має коротшу відстань між циклоном 20 і котлом-утилізатором 30, тобто, коротшу довжину другого каналу 80, також може забезпечувати повноту згоряння газу, який не згорів, перш ніж циркулюючий охолоджувальний газ досягне котла-утилізатора 30. Крім того, оскільки повітря не підводиться в циркулюючий охолоджувальний газ у циклону 20, може бути виключене утворення в циклоні 20 окалини, що створюється згорянням газу, який не згорів, що налипає на стінку циклону. Цим може бути усунута проблема погіршення характеристики уловлювання пилу циклоном 20 внаслідок окалини, що налипнула на стінку. Оскільки температура циркулюючого охолоджувального газу, що підводиться в циклон 20 зменшена до 900 °C або нижче, відповідно пригнічується теплове розширення. Внаслідок цього також скорочується об'єм циркулюючого охолоджувального газу, і циклон 20 може бути зроблений компактним. Більше того: циклон 20 може в значній мірі знижувати концентрацію пилу в циркулюючому охолоджувальному газі порівняно з традиційним первинним пилоуловлювачем. Цим можуть бути різко скорочені впливи абразивного зношування циркулюючим охолоджувальним газом в котлові-утилізаторі 30, і тим самим стають непотрібними витрати на формування зносостійкої плівки, таке, як термічне напилювання, або на захисний пристрій. Також може бути прискорена течія циркулюючого охолоджувального газу, і може бути відповідно підвищена ефективність теплоперенесення, так що котел-утилізатор 30 може бути виконаний компактним, коли повинна вироблятися постійна кількість пари. Підвищена ефективність уловлювання пилу циклоном 20 може усунути необхідність у повторному пилоуловлювачі і зв'язаному з ним конвеєрі, які передбачаються нижче по потоку відносно котла-утилізатора в традиційній конфігурації, приводячи до зниження вартості обладнання УСГК-системи загалом. [Перевірка повноти згоряння газу, який не згорів, між циклоном і котлом-утилізатором, і її результат] Автори даного винаходу провели аналіз для перевірки повноти згоряння газу, який не згорів, що забезпечується між циклоном і котлом-утилізатором, на основі наступних технологічних умов і розрахункового методу. 7 UA 114336 C2 Таблиця 1 (Технологічні умови) Величина витрати потоку газу Температури Інгредієнти газу (%) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Одиниці Вхідний канал циклону 3 норм.м /год. 128310 757 С CO 10 H2 5 O2 0 CO2 12,3 H2O 9,8 N2 62,9 Повітря для згоряння 13200 20 21 79 (Розрахунковий метод і аналітична модель) (1) Аналіз проводять в статичному стані. (2) У поперечному перерізі нижньої частини котла-утилізатора утворюють рівномірний негативний тиск. (3) Газ рівномірно виводять від вхідного каналу циклону (нерівномірна течія не розглядається). (4) Повітря для згоряння подають тільки на вихідний канал циклону (4 положення). (5) Вихідні дані включають розподіл швидкостей течії, розподіл температур, розподіл тиску і розподіл густини газу (О2, Н2, СО). (6) Циклон як аналітична модель має таку ж форму, як в Фігурах 2 і 3, і має габарити, відповідні реальній установці. (Результат аналізу) Результат аналізу показав, що, після вдування повітря, реакція згоряння завершувалася приблизно за 0,1 секунди (переміщення закрученого потоку до досягнення котла-утилізатора займало близько 1 секунди). Це зумовлюється сприятливим станом згоряння, який може бути досягнутий за допомогою закрученого потоку. [Міркування відносно концентрації пилу в циркулюючому охолоджувальному газі і в зоні теплопередачі котла-утилізатора] Автори даного винаходу проаналізували ефект скорочення кількості пилу, який одержаний за допомогою циклону. А саме: введений циклон посилює ефект скорочення кількості пилу, тим самим дозволяючи конструювати котел-утилізатор, не звертаючи уваги на впливи абразивного зношування пилом. Крім того, може бути прискорена течія циркулюючого охолоджувального газу, що надходить в котел-утилізатор. Це підвищення швидкості в значній мірі поліпшує значення К (загальний коефіцієнт теплопередачі), і площа поверхні теплоперенесення може бути скорочена по описаній нижче причині, приводячи до компактної конструкції котла-утилізатора загалом. (Оцінка ступеня абразивного зношування) Ступінь абразивного зношування стінок котла-утилізатора залежить від кінетичної енергії частинок пилу і кількості пилу одного і того ж типу пилу. Кінетична енергія пропорційна добутку маси на квадрат швидкості пилу. Якщо порівнювати з кількістю пилу в 10 г на нормальний кубічний метр для традиційного первинного пилоуловлювача і без циклону, кількість пилу може становити близько 1 г, тобто 1/10 від звичайної кількості, в результаті високоефективного видалення пилу циклоном. У доповнення, розмір частинок пилу також може бути скорочений від декількох сотень мкм до декількох десятків мкм, тобто, також приблизно у відношенні 1/10. Таким чином, кількість пилу (маса) знижується в пропорції близько 1/10, і може бути відповідно в значній мірі скорочений ступінь абразивного зношування. (Площа поверхні теплоперенесення) Ступінь Q рекуперації тепла може бути представлений добутком K*А*Δtm, де "K" означає загальний коефіцієнт теплопередачі, "А" означає площу поверхні теплоперенесення, і Δtm означає середню логарифмічну різницю температур. Коли ступінь Q рекуперації тепла приймається постійним, значення К може бути підвищене збільшенням швидкості течії циркулюючого охолоджувального газу в котлові-утилізаторі, і тим самим площа "А" поверхні теплоперенесення в котлові-утилізаторі може бути зроблена меншою, приводячи до компактнішого котла-утилізатора. 8 UA 114336 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 [Міркування відносно проблеми, де температура циркулюючого охолоджувального газу знижується внаслідок збільшення витрати потоку газу] Автори даного винаходу проаналізували, з використанням традиційної УСГК, в якій повітря подається на стадії, що передує первинному пилоуловлювачу, і температура циркулюючого охолоджувального газу становить близько 1000 °C, наскільки кількість циркулюючого охолоджувального газу може бути збільшена для досягнення температурної умови 900 °C або нижче, як в УСГК згідно з даним винаходом. В результаті дослідження, оцінка показує, що величина витрати потоку циркулюючого охолоджувального газу в УСГК з традиційною конфігурацією повинна бути збільшена на 32 % для зниження температури циркулюючого охолоджувального газу від 1000 °C до 800 °C. Якщо така підвищена кількість газу повинна бути оброблена в циклоні, циклон повинен включати циліндричну частину, що має збільшений на 17 % діаметр, і загальну висоту, також збільшену на 17 %, приводячи до істотного зростання габаритів циклону. Крім того, оскільки також зростає величина витрати потоку циркулюючого охолоджувального газу в циркуляційному каналі, впливи не обмежуються укрупненням циклону, і такі пристрої, як канали і вентилятор, також повинні мати збільшені розміри, повинна бути збільшена потужність вентилятора, і, наприклад, котел-утилізатор повинен бути більшим в розмірах. Таким чином, при намірі знизити температуру циркулюючого охолоджувального газу при близько 1000 °C на стадії, що передує циклону, шляхом збільшення величини витрати потоку газу, установка стає більшою за розмірами, приводячи до проблеми зростання вартості обладнання. З вищевикладеного слідує, що конфігурація УСГК, що передбачає повітропідвідний канал тільки на частині вздовж другого каналу, щоб подавати повітря в циркулюючий охолоджувальний газ для згоряння газу, який не згорів, веде до одержання ефекту від циклону (підвищеної ефективності уловлювання пилу), а також до значного сприятливого ефекту зниження вартості УСГК. Хоча вищевикладене є докладним описом варіантів здійснення даного винаходу з посиланням на креслення, конкретна конфігурація не обмежується вищезгаданими варіантами виконання, і потрібно розуміти, що автори даного винаходу мають на увазі, що даний винахід охоплює модифікації конструкції, які не виходять за рамки суті даного винаходу. Перелік посилальних позицій 10 Камера 11 Передкамера 12 Охолоджувальна камера 13 Кільцевий канал 14 Коксорозвантажувальний пристрій 15 Конвеєр 20 Циклон (пилоуловлювач) 21 Канал коксозавантажувального пристрою 21а Отвір каналу коксозавантажувального пристрою 30 Котел-утилізатор 35 Парогенераторний/рекупераційний канал 40 Повітропідвідний канал 50 Газодувка 60 Підігрівач живильної води 70 Перший канал 80 Другий канал 81 Виступаюча частина 82 Горизонтальна частина 90 Третій канал 100 Установка сухого гасіння коксу (УСГК) Со Розжарений до червоного кокс Со' Охолоджений розжарений до червоного кокс ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Установка сухого гасіння коксу, яка містить: камеру, пристосовану для подачі розжареного до червоного коксу і вдування циркулюючого охолоджувального газу; 9 UA 114336 C2 5 10 15 пиловловлювач, пристосований для введення циркулюючого охолоджувального газу, нагрітого розжареним до червоного коксом в камері, через перший канал, причому пиловловлювач пристосований для збирання коксового порошку з циркулюючого охолоджувального газу; і котел-утилізатор, пристосований для введення циркулюючого охолоджувального газу з пиловловлювача через другий канал, причому котел-утилізатор пристосований для утилізації тепла циркулюючого охолоджувального газу, при цьому передбачений третій канал, що з'єднує котел-утилізатор і камеру і пристосований для повернення циркулюючого охолоджувального газу з котла-утилізатора в камеру для охолодження в ній розжареного до червоного коксу, причому пиловловлювач містить циклон для приймання циркулюючого охолоджувального газу, який має температуру 900 °С або нижче, другий канал включає виступаючу частину, яка виступає вгору від верхньої частини циклона, і горизонтальну частину, яка зігнута від виступаючої частини і продовжується в горизонтальному напрямку або по суті в горизонтальному напрямку, а повітропідвідний канал для введення повітря в циркулюючий охолоджувальний газ для згоряння газу, який не згорів, в циркулюючому охолоджувальному газі розташований тільки на виступаючій частині. 10 UA 114336 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11