Спосіб коксування вугільної шихти

Реферат: Спосіб коксування вугільної шихти включає термопідготовку вугільної шихти в двох ступенях шляхом сушіння і нагрівання її газоподібним інертним теплоносієм у паралельних висхідних потоках теплоносіїв різної температури, завантаження термопідготовленої шихти в коксову піч, вивантаження коксу, сухе гасіння коксу. Термопідготовку вугільної шихти проводять в обох ступенях газоподібним інертним теплоносієм, який надходить з камери установки сухого гасіння коксу після пилоочистки, при цьому теплоносій перед подачею у другий ступінь нагріву розбавляють відпрацьованим теплоносієм до температури 350-500 °C, а відпрацьований після термопідготовки теплоносій охолоджують в конденсаторі-холодильнику до температури 8090 °C. UA 105216 U (54) СПОСІБ КОКСУВАННЯ ВУГІЛЬНОЇ ШИХТИ UA 105216 U UA 105216 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до коксохімічної промисловості, а саме до способів підготовки і коксування термічно підготовлених вугільних шихт перед коксуванням, і може бути використана в коксових цехах коксохімічних підприємств при реалізації процесів термопідготовки вугільних шихт і процесу сухого гасіння коксу. Відомий спосіб нагріву вугілля газоподібним теплоносієм [патент України № 84373, Кл. С10В 57/00, опубл. 2008 р.], в якому теплоносій отримують шляхом прямого спалювання зворотного коксового газу в топковому пристрої спеціальної конструкції, безпосередньо з'єднаної з вертикальними степенями сушіння і нагрівання вологого дрібнодисперсного вугілля. До недоліків відомого способу належить: - використання як газоподібного палива зворотного коксового газу, що має в своєму складі ~60 % (об'ємних) водню, ~25 % (об'ємних) метану і ~6 % (об'ємних) окису вуглецю. Цю газову суміш доцільніше використовувати як сировину для отримання синтез-газу і далі для виробництва синтетичного моторного палива, або для поповнення ресурсів дефіцитного в Україні газоподібного палива (у т. ч. природного газу). Найближчим аналогом до способу, що заявляється, є спосіб коксування вугільної шихти, який включає її термічну підготовку шляхом сушіння і підігріву газовим теплоносієм, завантаження підігрітої шихти в коксові печі, коксування, вивантаження коксу, гасіння коксу, забезпечення процесу газовим теплоносієм, отриманим у циклонній печі в процесі спалювання зворотного коксового газу, причому термопідготовку вугільної шихти проводять в двох ступенях в паралельних висхідних потоках теплоносіїв різної температури [патент України № 72838, Кл. С10В 57/00, опубл. 2005 p.]. У даному способі може бути використаний як мокрий, так і сухий спосіб гасіння коксу. Найбільш доцільним є спосіб сухого гасіння коксу, який має ряд технічних, технологічних, економічних і екологічних переваг перед мокрим методом гасіння коксу [Эйдельман Е.Я. Основы технологии коксования углей. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1985. С. 161]. Недоліками відомого способу є: - безповоротні втрати зворотного коксового газу, що спалюється прямим способом в топці печі установки термічної підготовки вугільної шихти перед коксуванням; - додаткове забруднення навколишнього середовища в результаті скидання відпрацьованих продуктів горіння коксового газу в атмосферу; - найбільш слабким місцем в схемі сучасних установок сухого гасіння коксу (УСГК) є контакт в паровому котлі металевих водогрійних труб і труб пароперегрівача з агресивними газами, що виходять з гасильної камери, це призводить до швидкого абразивного зносу металевих труб, їх прискореної корозії і, як наслідок, до матеріальних, ресурсних і фінансових втрат; - наявність топкового пристрою з робочою температурою в зоні горіння до 2000 °C в схемі установки термопідготовки шихти (УТПШ) та парового котла з тиском перегрітої пари до 5 атм. в схемі УСГК створюють додаткові труднощі в експлуатації установок і вимагають більш жорстких правил техніки безпеки для обслуговуючого персоналу; - високі капітальні і експлуатаційні витрати на реалізацію технологій термопідготовки шихти і сухого гасіння коксу. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу коксування вугільної шихти, в якому за рахунок нових операцій, їх послідовності та регламенту проведення процесу, а також створення замкнутої схеми газових потоків у пропонованій технології, забезпечується економія газоподібного палива - коксового газу, припиняються викиди димових газів в атмосферу, поліпшуються умови праці обслуговуючого персоналу і техніка безпеки, підвищується надійність обладнання, знижується металоємність, капітальні витрати і витрати на ремонт та обслуговування обладнання УСГК і УТПШ. Поставлена задача вирішується тим, що у способі коксування вугільної шихти, що включає термопідготовку вугільної шихти в двох ступенях шляхом сушіння і нагрівання її газоподібним інертним теплоносієм (теплоносій) у паралельних висхідних потоках теплоносіїв різної температури, завантаження термопідготовленої шихти в коксову піч, вивантаження коксу, сухе гасіння коксу, згідно з корисною моделлю, термопідготовку вугільної шихти проводять в обох ступенях газоподібним інертним теплоносієм, який надходить з камери установки сухого гасіння коксу після пилоочистки, при цьому теплоносій перед подачею у другий ступінь нагріву розбавляють відпрацьованим теплоносієм до температури 350-500 °C, а відпрацьований після термопідготовки теплоносій охолоджують в конденсаторі-холодильнику до температури 8090 °C. Термопідготовка вугільної шихти шляхом сушки і нагріву здійснюється газоподібним інертним теплоносієм, який відводиться з камери гасіння УСГК і очищеному від пилу в пилоосаджувальній камері і відцентрових циклонах, з температурою 750-800 °C, причому в 1 UA 105216 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 перший ступінь термопідготовки, де відбувається сушка і частковий підігрів, подають вихідний теплоносій з температурою 750-800 °C, а в другий - частково розбавлений відпрацьованим після термопідготовки теплоносієм до температури 350-500 °C. Охолоджений відпрацьований теплоносій після пилоочистки з температурою 250-300 °C охолоджується до температури 8090 °C в конденсаторі - холодильнику з метою видалення з газу водяних парів і далі надходить у нижню частину камери гасіння УСГК для охолодження коксу. Така термообробка вугільної шихти призводить до того, що: - з технології термопідготовки шихти видаляється стадія прямого спалювання зворотного коксового газу в топковій камері з метою отримання газоподібного теплоносія для сушки і нагріву вугільної шихти перед коксуванням; - з технології сухого гасіння коксу видаляється стадія утилізації тепла гарячого теплоносія після камери гасіння та його знепилювання в пилоосаджувальній камері шляхом отримання перегрітої пари в паровому котлі-утилізаторі; - сушка і нагрівання вологої вугільної шихти здійснюється газоподібним інертним гарячим теплоносієм (переважно азотом), одержаним після сухого гасіння коксу в камері гасіння УСГК і знепилювання його в пилоосаджувальній камері і відцентрових циклонах. Крім цього, після термопідготовки відпрацьований теплоносій знепилюють в циклонних камерах і охолоджують в кожухотрубних водяних конденсаторах-холодильниках до 80-90 °C з метою конденсації водяних парів, що видаляються з вугільної шихти в процесі сушіння. Суть способу пояснюється схемою термообробки вугільної шихти, наведеною на кресленні, на якій представлені: бункер 1 вологої шихти, шнековий дозатор 2, перший ступінь 3 термопідготовки, (перший) розділова камера 4, другий ступінь 5 термопідготовки, (другий) розділова камера 6, бункер накопичувач 7, циклони 8, 9, конденсатор-холодильник 10, сушильна камера 11, пилоосаджувальна камера 12, змішувач 13, циклон 14, димосос 15. Спосіб реалізується наступним чином. Волога вугільна шихта (Wr=8-12 %) з бункерів 1 вологої шихти шнековим дозатором 2 подається у перший ступінь 3 термопідготовки, де відбувається сушка і часткове нагрівання дрібнодисперсного вугілля висхідним потоком теплоносія, що надходить з сушильної камери 11 УСГК. Температура теплоносія на вході в перший ступінь УТПШ становить 750-800 °C. У верхній частині трубного нагрівача першого ступеня термопідготовки в розділовій камері 4 пилогазова суміш розділяється на тверду і парогазову фази, після чого тверда фаза - висушена і частково підігріта вугільна шихта подається вниз другого ступеня термопідготовки 5, де підхоплюється гарячим теплоносієм і виноситься вгору в розділову камеру 6. Температура теплоносія на вході у другий ступінь підігріву вугільної шихти становить 350-500 °C. Теплоносій на вхід другого ступеня подається з гасильної камери 11 УСГК після пилоочистки в пилоосаджувальній камері 12 і циклоні 14 і розбавляється до заданої температури у змішувачі 13 відпрацьованим теплоносієм після нагрівання шихти в 1-ому та 2-ому ступенях УТПШ і очищеному від пилу в циклонах 8 та 9 відповідно. Відокремлена від відпрацьованого теплоносія в розділовій камері 6 термопідготовлена вугільна шихта з температурою 200-250 °C надходить в бункер-накопичувач 7 і далі спеціальним транспортно-завантажувальним пристроєм спрямовується на високотемпературне коксування в коксові печі. Дрібнодисперсна тверда фаза, отримана в циклоні 9, також направляється в бункер-накопичувач 7 термопідготовленої шихти. Відпрацьований теплоносій після циклонів 8 і 9 має температуру 250-350 °C і містить всю вологу, виділену з вологої шихти. Для запобігання втрат коксу в камері 11 гасіння УСГК в результаті реакції конверсії: С+Н2О→СО+Н2, після змішування теплоносій охолоджується в конденсаторі-холодильнику 10 до температури 80-90 °C і далі направляється в нижню частину камери гасіння 11 УСГК для охолодження розпеченого коксу, який подається з камер коксування на верх камери гасіння 11 УСГК. Проходячи через шар розпеченого коксу, теплоносій охолоджує його, одночасно нагріваючись. Нагрітий газ звільняється в пилоосаджувальній камері 12 від крупного пилу, в циклоні 14 від дрібного, далі димососом 15 подається на перший і другий ступені термопідготовки УТПШ. Реалізація запропонованого способу пояснюється прикладом випробувань на коксовій батареї № 4 ПАТ "Ясинівський коксохімічний завод". У комплексі батареї № 4 працює установка термічної підготовки вугільної шихти перед коксуванням. Термопідготовка вологої шихти здійснюється в два ступеня способом високошвидкісного нагрівання в висхідному потоці газоподібним інертним теплоносієм до кінцевої температури шихти 200-250 °C. Установка мокрого гасіння коксу замінюється компактною установкою сухого гасіння коксу, що складається лише з камери гасіння коксу, газоочисного обладнання (пилоосаджувальної камери і циклону) і циркуляційного димососа. Замість циклонної топки УТПШ, встановлюється змішувальна камера на другий ступінь нагрівання. На сполучному газопроводі між УТПШ і УСГК встановлюється холодильник-конденсатор кожухотрубного типу з конденсатовідвідником. Волога вугільна 2 UA 105216 U 5 10 15 20 25 30 35 40 шихта, що складається з марок вугілля (у мас. %): Ρ - 65 %, 25 %, Ж - 10 %, попередньо 100 % подрібнені до крупності ≤3 мм, подається з вуглепідготовчого цеху в 2 бункера вологої шихти ємністю 50 т кожний. Вологість вугільної шихти на робочу масу становить 9 %. Шнековим дозатором шихта подається в зону надходження першого ступеня сушки і нагріву, де підхоплюється висхідним потоком теплоносія і піднімається до розвантажувального пристрою першого ступеня, де розділяються тверда і парогазоподібна фази. Теплоносій на вході в УТПШ має наступний склад (у про. %): 75 % N2, 22 % СО2, 3 % Н2. Температура теплоносія на вході в перший ступінь становить 750-800 °C. Теплоносій підводиться на УТПШ після пилоочистки в пилоосаджувальній камері і відцентровому циклоні. Тверда фаза після відділення від теплоносія першого ступеня з температурою 110-150 °C подається в зону надходження другого ступеня нагріву УТПШ, де підхоплюється висхідним потоком теплоносія температурою 350500 °C і виноситься до розвантажувального пристрою другого ступеня, де відокремлюється від відпрацьованого теплоносія і далі накопичується в бункерах-накопичувачах термопідготовленої шихти для подальшого високотемпературного коксування в горизонтальних коксових печах 3 об'ємом 20 м . Відпрацьований теплоносій після обох ступенів нагріву доочищується в циклоні відцентрового типу та змішується, температура його після змішування становить 250-300 °C. При даній температурі він містить всю вологу, видалену в процесі термопідготовки з вологої шихти, в пароподібному стані. Наприклад, при продуктивності УТПШ 50 т/рік по вологому вугіллю за 1 годину в теплоносії накопичується 4,5 т води. Для запобігання додаткового угару коксу і безповоротних його втрат в результаті протікання реакцій конверсії, перед подачею охолодженого теплоносія на гасіння коксу в УСГК його охолоджують в конденсаторіхолодильнику до температури 80-90 °C. При цьому пара води конденсуються в холодильнику і відводиться через конденсатовідвідник на очищення від шкідливих домішок. Частина відпрацьованого теплоносія після пилоочистки направляється на розбавлення гарячих газів, що йдуть з УСГК на другу ступінь УТПШ для зниження їх температури з 750-800 °C до 350-500 °C. Після холодильника-конденсатора охолоджений і зневоднений теплоносій спрямовується на УСГК в нижню зону камери гасіння для охолодження розпеченого коксу, що надходить з камер коксування з температурою 1000-1100 °C. На виході з камери гасіння кокс має температуру 200250 °C. При цьому теплоносій в УСГК нагрівається з 80-90 °C до 500-800 °C. Використання запропонованого способу коксування дозволяє: - збільшити вихід товарного коксового газу (на 45-50 нм3/т коксу валового); - знизити питомі капітальні витрати (до 600 грн./т коксувалового) за рахунок виключення зі складу УСГК котельної установки, а зі складу УТПШ-циклонної печі для отримання газового теплоносія; підвищити екологічність процесу за рахунок ліквідації викидів газоподібних продуктів згоряння коксового газу на УТПШ і створення замкнутої схеми газових потоків у пропонованій технології; - підвищити ступінь безпеки проведення процесу за рахунок ліквідації високотемпературного процесу спалювання коксового газу на УТПШ і ліквідації парового котла з високим тиском перегрітого пару (до 7 атм) на УСГК. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Спосіб коксування вугільної шихти, що включає термопідготовку вугільної шихти в двох ступенях шляхом сушіння і нагрівання її газоподібним інертним теплоносієм у паралельних висхідних потоках теплоносіїв різної температури, завантаження термопідготовленої шихти в коксову піч, вивантаження коксу, сухе гасіння коксу, який відрізняється тим, що, термопідготовку вугільної шихти проводять в обох ступенях газоподібним інертним теплоносієм, який надходить з камери установки сухого гасіння коксу після пилоочистки, при цьому теплоносій перед подачею у другий ступінь нагріву розбавляють відпрацьованим теплоносієм до температури 350-500 °C, а відпрацьований після термопідготовки теплоносій охолоджують в конденсаторі-холодильнику до температури 80-90 °C. 3 UA 105216 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4