Спосіб сухого гасіння коксу

Корисна модель відноситься до коксохімічної промисловості, а саме, до способів сухого гасіння коксу. Відомий спосіб гасіння коксу, який полягає в охолоджуванні коксу продуванням коксу циркулюючими газами, з подальшим використанням теплової енергії газів в котлі-утилізаторі [Д.А.Мучник, Е.Б. Иванов. Сортировка кокса. М.: Металлургия, 1968, с.121-129]. Циркулюючий газ є сумішшю газів, що утворилися в результаті реакцій горіння розжареного коксу з атмосферним повітрям, що подається на охолоджування коксу, і летучих речовин, що виділяються з коксу. Недоліком відомого способу є втрата частини коксу на першому етапі охолоджування коксу внаслідок хімічної взаємодії кисню атмосферного повітря з вуглецем коксу і утворення газоподібних вуглецевмісних продуктів (СО2+СО). Найближчим по технічній суті (прототипом) до способу сухого гасіння коксу, що заявляється, є спосіб, який включає завантаження коксу в камери сухого гасіння і продування його очищеним коксовим газом, що утворюється в процесі коксування [Патент РФ №2236436, С10В39/02, 2004]. Недоліком відомого способу є низька енергетична ефективність охолоджування коксу, обумовлена тим, що в процесі охолоджування використовують підведення охолоджуючого газу в стаціонарному режимі , і в процесі продування коксу в камері гасіння нижча теплота згоряння коксового газу зменшується. Крім того, при регулюванні гідравлічного режиму камери гасіння відбувається випуск частини коксового газу в оточуючу атмосферу, що спричиняє втрату цінного палива та забруднення навколишнього середовища шкідливими речовинами. Камера сухого гасіння на протязі її завантаження сполучена з навколишньою атмосферою. При цьому охолоджуючий коксовий газ в суміші з атмосферним повітрям утворює вибухонебезпечну суміш. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу сухого гасіння коксу шляхом використання потоку охолоджуючого інертного газу змінної потужності, що призведе до зміни градієнтів температури в по граничному шарі охолоджуваного коксу, внаслідок чого підвищиться інтенсивність теплообміну, що буде сприяти більш ефективному охолодженню коксу і дозволить зменшити витрати енергії на його охолодження. Використання інертного газу дозволяє зменшити утворення шкідливих викидів в оточуюче середовище в процесі сухого гасіння коксу, що сприяє поліпшенню екологічних характеристик цієї технології гасіння, а виключення утворення вибухонебезпечних сумішей при вживанні інертного газу в процесі гасіння забезпечує експлуатаційну безпеку пропонованого способу гасіння коксу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі сухого гасіння коксу, що включає завантаження коксу в камеру сухого гасіння та продування камери сухого гасіння охолоджуючим газом, продування камери сухого гасіння здійснюють потоком охолоджуючого інертного газу змінної потужності. Крім того, потужність потоку охолоджуючого інертного газу на вході в камеру сухого гасіння визначають з виразу: 2p ö æ N = N0 ç 1 - k × sin t ÷ , дe T ø è N - потужність потоку охолоджуючого газу на вході в камеру сухого гасіння, Вт; No - потужність вихідного потоку охолоджуючого газу в трубопроводі; Вт; k - коефіцієнт, що визначає амплітуду змінної складової потужності потоку охолоджуючого газу; Т - тривалість часу одного повного коливання потужності потоку, с; t - поточний час, с. Подача потоку охолоджуючого інертного газу змінної потужності забезпечує нестаціонарність процесу охолоджування, зміну градієнтів температури в пограничному шарі охолоджуваного коксу, що викликає інтенсифікацію гідродинамічних і теплообмінних режимів. Зміна (збільшення) числа Рейнольдса в потоці охолоджуючого газу спричиняє збільшення поперечних пульсацій, що підсилюють перенесення газу, нагрітого в пограничному шарі шматків, в ядро потоку внаслідок посилення поперечного перемішування, а до поверхні шматків коксу збільшується приток менш нагрітого газу. Це забезпечує: - інтенсифікацію теплообміну в потоці охолоджуючого газу і збільшення зйому теплоти з поверхні коксу, що сприяє більш ефективному охолоджуванню коксу; - підвищення середньої температури газу, що виходить із камери гасіння. При цьому при заданій продуктивності установки сухого гасіння по готовому продукту зменшується потужність потоку газу, яка споживається для досягнення тієї ж кінцевої температури охолоджування коксу в порівнянні із способом, що приведено як прототип. При підводі потоку охолоджуючого газу змінної потужності, середня величина якої дорівнює величині потужності при традиційному способі охолоджування коксу і однакової продуктивності установки сухого гасіння по коксу, спостерігається підвищення середньої температури газу, що виходить із камери гасіння, в порівнянні з традиційним способом подачі охолоджуючого газу. Зазначений ефект дозволяє зменшити витрати потужності на подачу охолоджуючого газу для досягнення однакової кінцевої температури охолоджування коксу і отримати однакову продуктивність котла-утилізатора по парі в запропонованому способі сухого гасіння коксу в порівнянні з існуючим способом охолоджуванням коксу (прототипом). Використання інертного газу при продуванні камери гасіння не спричиняє шкідливих викидів в атмосферу, що забезпечує поліпшення екологічних характеристик способу сухого гасіння коксу. Використання інертного газу при продуванні камери гасіння не викликає аварійних ситуацій в тракті охолоджуючого газу, пов'язаних з його роботою при вживанні коксівного газу на охолоджування. Спосіб здійснюють таким чином. Існуючі металургійні комбінати обладнані блоками розділення повітря потужністю 185000м3/год з сумарною витратою відкидного азоту до 100000м3/год, що містить 95¸99% азоту і 5¸1% двоокису вуглецю. Зміну потужності охолоджуючого газу можна забезпечити за допомогою частотного управління приводом дуттьового вентилятора, що подає охолоджуючий газ в камеру гасіння коксу, або, що простіше, установкою на шляху циркулюючого газу 1 , безпосередньо перед камерою гасіння дросельної заслінки, яку обертають навкруги своєї осі з частотою 2T створюючи зміну потужності потоку охолоджуючого газу відповідно до формули 2p ö æ N = N0 ç 1 - k × sin t ÷ , дe (1) T ø è N - потужність потоку охолоджуючого газу на вході в камеру сухого гасіння, Вт; N0 - потужність вихідного потоку охолоджуючого газу в трубопроводі; Вт; k - коефіцієнт, що визначає амплітуду змінної складової потужності потоку охолоджуючого газу; Т - тривалість часу одного повного коливання потужності потоку, або тривалість половини оберту заслінки, с; t - поточний час, с Величина N0 визначається по залежності (2) N0=Р0·V0, де (2) Р0 - тиск газу в трубопроводі перед заслінкою, Па; V0 - об'ємна витрата газу в трубопроводі, м3/с. Величини k і Т визначають експериментально згідно критерія "максимальна енергетична ефективність" процесу та апарату. Досвід використання змінного градієнту у апаратах [Федоткин И.М. Интенсификация технологических процессов. - Киев.: "Вища школа" 1979. с.67] дозволяє визначити частоту змін потужності потоку. Ця величина змінюється в межах 0,5-1Гц. Величина k при цьому дорівнює 0,15-0,25. Нижче наведені приклади двох варіантів здійснення способу, що заявляється. У першому варіанті розжарений кокс з температурою 1050-1100° завантажують в камеру сухого гасіння. В період заповнення камери коксом здійснюється подача потоку охолоджуючого інертного газу в камеру гасіння з використанням заслінки, що обертається, в трубопроводі подачі газу. Цей режим подачі газу підтримується після заповнення камери гасіння коксом і надалі при переведенні розвантажувального пристрою камери на автоматичний режим. Газ, що відходить з камери гасіння, проходить через пилоосаджувальний бункер, котелутилізатор, циклони - пиловловлювачі і виводиться в атмосферу. Приклад 1. Зміну потужності охолоджуючого інертного газу здійснюють дросельною заслінкою, встановленою на азотопроводі на вході в камеру гасіння згідно залежності, що визначається рівняннями (1) і (2). Результати реалізації пропонованого способу при продуктивності установки сухого гасіння 56т/год і температурі 600°С охолоджуючого газу на виході з камери сухого гасіння представлено в таблиці 1. Аналіз результатів, приведених у таблиці 1, показує, що при проведенні процесу продування охолоджуючим нейтральним газом по цьому варіанту, потужність, що витрачається на подачу потоку охолоджуючого газу, скорочується на 11,5%. Таблиця 1 Параметри процесу гасіння Продуктивність по коксу на одному блоці Температура гарячого коксу Температура згашеного коксу Температура охолоджуючого газу на вході в камеру гасіння Температура охолоджуючого газу на виході камери сухого гасіння Витрата охолоджуючого газу Тиск охолоджуючого газу (надлишковий) Коефіцієнт k Тривалість часу половини оберту заслінки, Т Середня потужність, що витрачається на подачу потоку охолоджуючого газу Одиниця вимірювання т/год °С °С Запропонований спосіб 56 1050 250 Існуючий спосіб (прототип) 56 1050 250 °С 20 20 °С 600 600 с 30079 9 0,2 1 31489 10 КВт 7,7 8,7 3 м /год кПа Приклад 2. Зміну потужності охолоджуючого інертного газу здійснюють дросельною заслінкою, встановленою на азотопроводі на вході в камеру гасіння, згідно залежності, що визначена рівняннями (1) і (2). Результати реалізації пропонованого способу при продуктивності установки сухого гасіння 56т/год і середньої потужності, що витрачається на подачу охолоджуючого нейтрального газу 8.74КВт, представлено у таблиці 2. Таблиця 2 Параметри процесу гасіння Продуктивність по коксу на одному блоці Температура гарячого коксу Температура згашеного коксу Температура охолоджуючого газу на вході в камеру гасіння Теплова потужність потоку газів на виході з камери гасіння Одиниця вимірювання т/год °С °С Запропонований спосіб 56 1050 250 Існуючий спосіб (прототип) 56 1050 250 °С 20 20 КВт 9200 8224 Витрата охолоджуючого газу Тиск охолоджуючого газу (надлишковий) Коефіцієнт k Тривалість часу половини оберту заслінки Середня потужність, затрачувана на подачу потоку охолоджуючого газу м3/год КПа с 31489 1,0 0,2 1,0 31489 1,0 КВт 8,74 8,74 З таблиці 2 видно, що при продуванні коксу охолоджуючим нейтральним газом у цьому варіанті теплова потужність потоку охолоджуючого газу на виході з камери гасіння збільшується на 11,86% в порівнянні з прототипом, що дозволяє збільшити виробу пари в котлі - утилізаторі. Другий варіант способу, що заявляється, здійснюється наступним чином. Розжарений кокс з температурою 1050-1100°С завантажують в камеру сухого гасіння. В період заповнення камери коксом подається потік циркулюючого охолоджуючого інертного газу змінної потужності в камеру гасіння шляхом частотного управління потужністю димососу, встановленого за котлом-утилізатором. Газ, що відходить з камери гасіння, подають в котел-утилізатор, потім у циклони - пиловловлювачі, а далі - на вхід димососу. З вихідного каналу димососу охолоджуючий газ подають на вхід камери гасіння. Цей режим подачі газу підтримується після заповнення камери гасіння коксом і надалі при переведенні розвантажувального пристрою камери на автоматичний режим. Приклад 3. Зміна потужності потоку циркулюючого охолоджуючого газу здійснюють шляхом частотного управління приводом димососу, що подає циркулюючий охолоджуючий нейтральний газ в камеру сухого гасіння коксу, по залежності (3) 2p ö æ N1 = N 0 ç1 - k × sin ÷ T ø , де (3) è N1 потужність потоку циркулюючого нейтрального охолоджуючого газу на вході в камеру сухого гасіння, Вт; N0 - потужність вихідного потоку охолоджуючого газу в трубопроводі; Вт; Т - тривалість часу одного повного коливання потужності потоку, тобто період коливань, с; k - коефіцієнт, що визначає амплітуду змінної складової потужності потоку охолоджуючого газу; t - поточний час, с Результати реалізації пропонованого способу при продуктивності установки сухого гасіння 56т/год потужності циркулюючими газами з подальшим використанням теплової енергії газів в котлі-утилізаторі із температурою на вході в котел-утилізатор 800°С представлено в таблиці 3. Аналіз результатів, приведених у таблиці 3, показує, що при проведенні процесу продування охолоджуючим нейтральним газом по цьому варіанту, потужність, що витрачається на подачу потоку охолоджуючого газу, скорочується на 11,5%. Таблиця 3 Параметри процесу гасіння Продуктивність по коксу на одному блоці Температура гарячого коксу Температура згашеного коксу Температура циркуляційного охолоджуючого газу на вході в камеру гасіння Температура циркуляційного газу на вході в котел Температура перегрітої пари Продуктивність котла-утилізатора по парі Витрата охолоджуючого газу Тиск охолоджуючого газу Коефіцієнт k Тривалість одного періоду коливань Середня потужність, що витрачається на подачу потоку охолоджуючого газу Одиниця вимірювання т/год °С °С Запропонований спосіб 56 1050 250 Існуючий спосіб (аналог) 56 1050 250 °С 200 200 °С °С т/год м3/год кПа с 800 450 25 29160 9,0 0,2 1 800 450 25 31489 10 Квт 7,29 8,74 Таким чином, приведені приклади підтверджують, що застосування запропонованого способу сухого гасіння коксу забезпечує ефективне охолодження коксу і дозволяє зменшити витрати енергії на його охолодження.