Установка для очищення димових газів, що відходять з коксової печі

Установка для очищення димових газів, що відходять з коксової печі, яка містить щонайменше одну коксову піч, з'єднану з димовою трубою за допомогою лежака, обладнаного шибером, розміщеним в зоні примикання лежака до димової труби, а також контур очищення димових газів, який включає котел-утилізатор, димосос з 3 27770 4 Традиційно, процес коксування здійснюється в У процесі обігріву камер коксування шляхом коксових печах або в коксовій батареї, яка містить, спалювання у вертикальних опалювальних щонайменше, одну коксову піч. Перед каналах горючого газу, зокрема - доменного, завантаженням в коксову піч кам'яного вугілля коксового або суміші коксового та доменного газу і виконують його підготовку, а саме, подрібнюють і т.і., утворюються димові гази, які містять оксиди готують шихту для коксування, що має певний азоту, оксид вуглецю й діоксид сірки. Також димові компонентний склад, який забезпечує отримання гази містять дрібнодисперсні вуглецеві частинки. кондиційного товарного коксу, що дозволяє Кількість і компонентний склад димових газів збільшити продуктивність коксових печей. залежить від багатьох факторів. Основними з них У коксовій печі процес коксування протікає є: рівень температури в опалювальних каналах та пошарово, причому температура шарів поступово умови спалювання опалювального газу; підвищується від нагрітих (вище 1000°С) стінок герметичність кладки гріючих стін камер коксової печі до середини завантаження. коксування й опалювальної системи коксової печі, Відповідно до цього й склад шарів (починаючи від коефіцієнт надлишку повітря. стінок) змінюється в такій послідовності: кокс Для ефективного здійснення процесу напівкокс - пластичний стан - суха шихта - сира коксування в коксових печах необхідним є певний шихта. Коксування вважається закінченим, коли гідравлічний режим, який забезпечує необхідний всі шари коксу зійдуться в середині коксової печі. температурний режим в кожній коксовій-печі та До кінця коксування, внаслідок усадки утворюється ефективне згоряння опалювального газу. так званий «коксовий пиріг», розділений у середній Так, для коксової печі оптимальним частині швом-розривом, який проходить гідравлічним режимом є режим, який забезпечує у паралельно гріючим стінкам камери коксування, а верхній частині коксової печі, під лючком кожна половина «пирога» розчленована на більш оглядового отвору, невеликий надлишок тиску або менш великі шматки тріщинами. (0,1-5Па). Такий режим забезпечується при Отриманий в печі кокс видаляється з неї величині тяги в газоходах, розташованих по коксовиштовхувачем і надходить до гасильного обидва боки коксової печі, на рівні 200-300Па. вагона, де розпечений кокс охолоджують водою Таке розрідження підтримується регуляторами, або інертним газом («мокрий» або «сухий» спосіб). встановленими в газоходах, найкращий діапазон Для компактності, коксового цеху та кращого роботи яких забезпечується при розрідженні в використання тепла коксові печі поєднують у лежаку 400-500Па. батареї, по 37-100 коксових печей в кожній, з У процесі роботи коксової печі гідравлічний загальними для всіх печей системами підведення режим постійно змінюється. Зміна гідравлічного опалювального газу, подачі вугілля, відводу режиму залежить від багатьох факторів, зокрема, сирого коксового газу й відводу димових газів. від завантаження коксової печі коксовим вугіллям, Коксова піч містить камеру коксування, від герметичності кладки стінок коксової печі, від обігрівальні простінки, що розташовані по обидва виду палива, яке використовується для опалення боки камери коксування, регенератори, систему коксової печі, періоду коксування, температурних відводу димових газів, яка складається з газоходів, умов навколишнього середовища. Так, наприклад, розташованих по обидва боки коксової печі, при при виборі коксового газу з теплотворною цьому газоходи примикають до лежака. У верхній здатністю - 4000ккал/м3 необхідним є один об'єм частині камери коксування передбачені опалювального газу, а при виборі доменного газу, завантажувальні люки, з торців камера коксування теплотворна здатність якого дорівнює ~900ккал/м3, закрита знімними дверима. Довжина камер необхідно використовувати більший об'єм коксування, як правило, складає 16м, висота 4-7м, опалювального газу у порівнянні з коксовим газом. ширина 0,4-0,5м. Порушення оптимального гідравлічного режиму Обігрів камер коксування здійснюється за коксової печі приводить до погіршення рахунок спалювання у вертикальних каналах рівномірності обігріву і, як наслідок, до погіршення простінків коксового, доменного або суміші різних якості товарного коксу, а також до збільшення горючих газів. Обігрів камер коксування є собівартості товарного коксу. Крім того, важливим для процесу коксування шихти, оскільки зменшення розрідження (тяги) приводить до від рівномірності обігріву по довжині й висоті камер зниження продуктивності коксової печі, а коксування багато в чому залежить якість збільшення розрідження - до появи нещільностей отриманого коксу, а умови спалювання та склад в системі обігріву, до збільшення просисань сирого опалювального газу зумовлюють кількість та склад коксового й опалювального газів, погіршення умов димових газів. спалювання опалювального газу і, як наслідок, до Період коксування одного вугільного різкого збільшення вмісту забруднюючих речовин завантаження залежить від ширини камери у димових газах. коксування, температури в обігрівальних Тому підтримка оптимального гідравлічного простінках, властивостей вугільної шихти і режиму коксової печі на заданому рівні є становить, як правило, 13-18год. Однак, у ряді необхідною умовою її роботи. випадків, період коксування може бути збільшений Традиційно відведення димових газів з і становити від 18 до 30год. При зміні періоду коксової батареї в атмосферу здійснюється через коксування змінюється кількість опалювального димову трубу. Як правило, коксова батарея газу на обігрів коксової печі й, відповідно, об'єм з'єднана з димовою трубою за допомогою лежака, димових газів, що відходять від коксової печі. який з'єднує газоходи, розташовані по обидва боки коксової батареї. 5 27770 6 температури навколишнього середовища Лежак являє собою газохід з перерізом від відбувається збільшення розрідження в димовій 2,5х2,5м до 4х4м. Як правило, лежак трубі. розташований під землею, а в зоні примикання Разом з тим, при зменшенні температури лежака до димової труби встановлено шибер, димових газів відбувається зменшення призначений для регулювання розрідження в розрідження в димовій трубі. Однак температура лежаку. димових газів у димовій трубі не повинна бути Також в зоні примикання газоходів до лежака нижче за температуру, при якій відбувається встановлено регулятори, призначені для конденсація димових газів, в результаті чого регулювання розрідження в коксових печах, які виділяється вода та інші побічні продукти, які входять до складу коксової батареї. приводять до швидкого зношування кладки Димова труба призначена для створення димової труби. При використанні контуру природного розрідження з метою відведення очищення димових газів, температура димових димових газів з коксової батареї. Димова труба газів є постійною і знаходиться в діапазоні 180складається з фундаменту, цоколя й стовбура. 220°С. Внутрішня поверхня стовбура димової труби Значення розрідження, що створює димова захищена футеровкою з цегли. труба, більше за значення розрідження, яке Відомою є установка для очищення димових необхідне для ефективної роботи коксової печі газів, що відходять з коксової печі [див. патент або коксової батареї. При розрахунку та України №38732, МПК С10В45/00, F23J15/00, проектуванні конструкції димової труби існують опубл.15.05.2001р.], яка містить: критерії, які враховуються при її зведенні, при a) коксову піч, з'єднану з димовою трубою за цьому основним критерієм є здатність димової допомогою лежака, труби забезпечити відведення всіх димових газів з b) контур очищення димових газів, який коксової печі при роботі на гранично припустимих включає котел-утилізатор і димосос з напрямним режимах коксування при максимально можливій апаратом, при цьому вхід зазначеного контуру плюсовій температурі навколишнього середовища очищення димових газів підключений до лежака в в регіоні, в якому буде споруджена димова труба. зоні примикання лежака до коксової печі. При тривалих періодах коксування система Димові гази, які відходять з коксової печі, керування установкою для очищення димових надходять до контуру очищення димових газів, що .газів повинна забезпечити таке значення включає котел-утилізатор та димосос. У котлірозрідження в лежаку, яке б не порушувало утилізаторі відбувається термічна обробка стабільної роботи коксової печі або коксової димових газів, в результаті якої відбувається батареї, а також забезпечило б стабільну роботу знешкодження димових газів; також в котлікотла-утилізатора. Оскільки збільшення утилізаторі відбувається відбір тепла від очищених розрідження і, відповідно тяги димової труби, вище димових газів. за припустиме значення, найчастіше приводить, з У відомій установці лежак, за допомогою якого одного боку, до збільшення просисань у коксовій коксова піч з'єднана з димовою трубою, не має печі та до порушення її стабільної роботи, а, з засобів для регулювання потоку димових газів, що іншого боку, може привести до відриву факела в надходять до димової труби. Також котлі-утилізаторі і виходу його з ладу. конструктивною особливістю відомої установки є З огляду на значну вартість зведення димової те, що вихід контуру очищення димових газів труби при будівництві коксових заводів димова приєднаний до лежака у двох точках. При цьому труба, у ряді випадків, призначається для потік очищених димових газів, які відходять з обслуговування декількох паливоспалювальних котла-утилізатора, розділяється на два потоки агрегатів, а також призначена для обслуговування очищених димових газів, один з яких формує в інших установок, з яких необхідно відводити інші лежаку протитечію потоку неочищених димових гази, які утворилися в процесі виробництва, газів, що відходять з коксової печі, а другий потік наприклад, відведення надлишку газів з установки очищених димових газів відводиться в атмосферу сухого гасіння коксу. Тому розрідження димової через димову трубу. труби, як правило, більше за значення Недоліком відомої установки є складність розрідження, яке необхідне для ефективної роботи підтримки оптимального гідравлічного режиму коксової батареї. роботи коксової печі, через те, що розрідження в Зростання розрідження у лежаку до рівня лежаку завжди дорівнює розрідженню в димовій розрідження в димовій трубі приводить до трубі, оскільки у відомій установці відсутні засоби додаткового зростання розрідження в контурі для створення додаткового опору потоку димових очищення димових газів. Для відведення димових газів та регулювання розрідження в лежаку перед газів з лежака в контур очищення димових газів, в димовою трубою. останньому необхідно створити розрідження, що У процесі роботи відомої установки перевищує розрідження в лежаку, що приводить розрідження в димовій трубі постійно змінюється, до неефективної роботи котла-утилізатора, оскільки воно залежить від кількості й температури оскільки при збільшенні розрідження в котлідимових газів, температури навколишнього утилізаторі відбувається зменшення ефективності середовища, стану кладки димової труби, очищення димових газів, внаслідок температури димової труби і т. і. неорганізованих присисань повітря. Підвищення температури навколишнього Відомою є установка для очищення димових середовища приводить до зменшення газів, що відходять з коксової печі [див. розрідження в димовій трубі, а при зменшенні 7 27770 8 «Установка теплового знешкодження та утилізації димових газів, що відходять з коксової печі, яка тепла димових газів коксових батарей» журнал дозволяє досягти оптимізації гідравлічного режиму «Кокс і хімія», №12, 2003р., с.36-39], яка містить: роботи коксової печі. a) щонайменше, одну коксову піч, з'єднану з Також задачею корисної моделі, що димовою трубою за допомогою лежака, заявляється, є розробка установки, яка дозволяє обладнаного шибером, розміщеним в зоні досягти високого ступеня очищення димових газів, примикання лежака до димової труби, що відходять з коксової батареї. b) контур очищення димових газів, який Також задачею корисної моделі, що включає котел-утилізатор, димосос з напрямним заявляється, є розробка установки, яка дозволяє апаратом і регулюючий клапан, розміщений в зоні досягти високої ефективності роботи котлавиходу зазначеного контуру, який примикає до утилізатора. димової труби, при цьому вхід зазначеного контуру Поставлені задачі вирішуються тим, що в очищення димових газів підключений до лежака в установці для очищення димових газів, що зоні примикання лежака до коксової печі. відходять з коксової печі, яка містить, У відомій установці димові гази відводяться з a) щонайменше одну коксову піч, з'єднану з лежака в контур очищення димових газів, з якого димовою трубою за допомогою лежака, потім відводяться в димову трубу. При відведенні обладнаного шибером, розміщеним в зоні димових газів з лежака в контур очищення примикання лежака до димової труби, димових газів частина димових газів рециркулює, b) контур очищення димових газів, який тобто частина очищених димових газів з димової включає котел-утилізатор, димосос з напрямним труби через шибер, встановлений у лежаку, апаратом і регулюючий клапан, розміщений в зоні повертається в контур очищення разом з виходу зазначеного контуру, який примикає до димовими газами, які відводяться з коксової печі. димової труби, при цьому вхід зазначеного контуру Об'єм димових газів, що рециркулює, повинен очищення димових газів підключений до лежака в бути мінімальним, не більш, як 2-5% від об'єму зоні примикання лежака до коксової печі, знешкоджених газів за умовами згідно з корисною моделлю, що заявляється, енергозбереження. При цьому шибер, розміщений c) установка обладнана газоходом, який в зоні примикання лежака до димової труби, з'єднує вихід контуру очищення димових газів з повинен завжди бути в частково відкритому лежаком, при цьому вхід газоходу зв'язаний з положенні, тобто в такому положенні, яке зазначеним контуром перед регулюючим забезпечує роботу коксової печі у разі аварійної клапаном по ходу руху димових газів, а вихід зупинки чи поломки котла-утилізатора чи газоходу зв'язаний з лежаком в зоні примикання димососа, оскільки закрите положення шибера при лежака до димової труби перед шибером по ходу аварійній зупинці котла-утилізатора чи поломці руху димових газів, при цьому газохід обладнаний димососа приводить к зупинці роботи коксової регулятором потоку димових газів. печі. При частковому відкритті шибера, що Виконання в установці, яка заявляється, забезпечує рециркуляцію димових газів в об'ємі 2газоходу, вхід якого зв'язаний з контуром 5%, розрідження у лежаку перевищує розрідження очищення димових газів перед регулюючим у димовій трубі. клапаном по ходу руху димових газів, а вихід - з Недоліком відомої установки є встановлення лежаком, забезпечує стабільну та ефективну не оптимального гідравлічного режиму роботи роботу коксової печі або коксової батареї і коксової печі, через те, що для здійснення виключає проскакування димових газів, оминаючи рециркуляції димових газів потрібна підтримка котел-утилізатор, у димову трубу. Це досягається рівня розрідження в лежаку більше за розрідження за рахунок перекидання частини димових газів з в димовій трубі на величину опору частини лежака контуру очищення димових газів до зони лежака, з шибером. Опір частини лежака з шибером яка розташована перед шибером по ходу руху визначається за наступними залежностями: димових газів, що забезпечується за допомогою регулюючого клапана, який регулює потік димових (1) DP = x( W 2 / 2g)r( T / 273), газів, які надходять до димової труби W=B/F, (2) безпосередньо з контуру очищення димових газів. де DР - опір частини лежака з шибером; Наявність регулюючого клапана забезпечує x - коефіцієнт опору частини лежака з створення опору потоку газів, що рухаються у шибером; контурі очищення димових газів у напрямку димової труби, та їх відвід в напрямку газоходу, W - швидкість димових газів у лежаку в зоні що забезпечує можливість вибору оптимального розташування шибера, м/с; гідравлічного режиму роботи установки для g - прискорення вільного падіння, м/с 2; 3 очищення димових газів. r - щільність димових газів, кг/м ; Подача димових газів у лежак в зоні В - витрата газів, м3/з; примикання його до димової труби перед шибером F - площа прохідного перетину лежака в зоні збільшує кількість димових газів, яка проходить розташування шибера, м2; через лежак в зоні розташування шибера у димову Т - температура димових газів, К. трубу, що, згідно з формулами (1), (2), збільшує З наведених залежностей видно, що опір опір частини лежака з шибером при сприйнятливій частини лежака з шибером залежить від кількості ступені відкриття шибера. Зміна напрямку руху димових газів, які проходять через нього. димових газів через лежак в зоні розташування Основною задачею корисної моделі, що шибера і збільшення опору у зазначеній зоні заявляється, є створення установки для очищення 9 27770 10 газів у контур очищення 6 за допомогою димососа приводить до зменшення розрідження в лежаку до 8, який постачений напрямним апаратом 9. У оптимального значення. Зменшення розрідження в контурі очищення 6 димові гази надходять до лежаку також приводить до зменшення котла-утилізатора 7, в якому відбувається розрідження в контурі очищення димових газів і, як термічне знешкодження димових газів. Після наслідок, до збільшення ефективності роботи котла-утилізатора 7 одна частина очищених котла-утилізатора. димових газів відводиться в димову трубу 3 через Використання в газоході регулятора потоку регулюючий клапан 10, а інша частина очищених димових газів дозволяє регулювати кількість димових газів - в газохід 13, в якому встановлено димових газів і, тим самим, стабілізувати й регулятор 14 потоку димових газів. підтримувати розрідження на рівні, необхідному Кількість димових газів, які проходять через для оптимальної роботи коксової батареї. газохід 13, визначають за наступною залежністю: На Фіг. - зображена установка для очищення В=В1+В2, (3) димових газів, які відходять з коксової печі. де В - кількість димових газів, які проходять Установка для очищення димових газів, що через газохід 13, м3/год; відходять з коксової батареї 1, містить коксові печі В1 - кількість димових газів, які надходять з 2, які з'єднані з димовою трубою 3 за допомогою лежака 4 до димової труби 3 при припустимому (за лежака 4. Лежак 4 також обладнаний шибером 5, умовою безаварійної ситуації на коксовій батареї розміщеним в зоні примикання лежака 4 до 1, на випадок відключення установки) ступені димової труби 3. відкриття шибера 5, м3/год; Контур очищення 6 димових газів включає В2 - кількість димових газів, які рециркулюють котел-утилізатор 7, димосос 8 з напрямним у лежаку 4, м3/год. апаратом 9 і регулюючий клапан 10. З газоходу 13 димові гази надходять у лежак 4 Також коксова батарея 1 містить два газоходи перед шибером 5 по ходу руху димових газів. 111 та 112, які розташовані по бокових сторонах Одна частина очищених димових газів, які косової батареї 1. При цьому, газоходи 11 1 та 112 надійшли в лежак 4 з газоходу 13, відводиться призначені для відведення димових газів, які через шибер 5 в димову трубу 3, а інша частина відходять з коксової батареї 1, у лежак 4. У зоні очищених димових газів протитечією відводиться в примикання газоходів 111 та 112 до лежака 4 контур очищення 6 димових газів через зону встановлені регулятори подачі димових газів 121 примикання лежака 4 до коксових печей 2, що та 122. дозволяє виключити проскакування не Напрямний апарат 9 димососа 8 служить для знешкоджених димових газів у димову трубу 3, регулювання потоку димових газів через котеломинаючи котел-утилізатор 7. утилізатор 7. Вхід контуру очищення 6 димових Зміна розрідження в лежаку 4 регулюється за газів підключений до лежака 4 в зоні примикання допомогою датчика контролю 15 розрідження, лежака 4 до коксових печей 2, а вихід контуру встановленого в лежаку 4. При збільшенні очищення 6 підключений до димової труби 3. В розрідження в лежаку 4 датчик контролю 15 зоні виходу контуру очищення 6 димових газів розрідження подає інформацію до блоку розташований регулюючий клапан 10. керування 16, який здійснює виробку команди Також установка для очищення димових газів, керування на регулюючий клапан 10 і регулятор 14 що відходять з коксової печі, обладнана газоходом для збільшення потоку димових газів через газохід 13, який з'єднує вихід контуру очищення 6 димових 13 і підтримки необхідного розрідження в лежаку 4 газів з лежаком 4. При цьому, вхід газоходу 13 для забезпечення оптимального гідравлічного пов'язаний з контуром очищення 6 перед режиму роботи коксової батареї 1. регулюючим клапаном 10 по ходу руху димових Випробування заявленої установки для газів, а вихід газоходу 13 зв'язаний з лежаком 4 в очищення димових газів були проведені на зоні примикання лежака 4 до димової труби 3 коксовій батареї в ВАТ «Запорожкокс». перед шибером 5 по ходу руху димових газів. Результати випробувань наведені у таблицях Також газохід 13 обладнаний регулятором 14 1 і 2. потоку димових газів. Установка містить систему керування, що включає датчик контролю 15 розрідження, який встановлено в лежаку 4, і блок керування 16, вхід якого з'єднаний з датчиком контролю 15, а вихід Кількість димових Розрідження в лежаку, Розрідж блока керування 16 з'єднаний з регулюючим при рециркуляції 5%, Па Розрідження в газів, які утиліз клапаном 10 і регулятором 14 потоку димових димовій трубі, відходять 3 технічне газів. Па коксової батареї, прототип рішення, що прототип Установка для очищення димових газів, що тис. м3/год заявляється відходять з коксової печі, працює наступним -1000 100 -1020 -400 -1100 чином. -800 100 -815 -400 -900 У процесі роботи коксової батареї 1, в косових -600 100 -610 -400 -700 печах 2 утворюються димові гази, які відводяться по газоходах 111 та 112 в лежак 4. Регулювання З таблиці 1 видно, що залежно від зміни витрати димових газів здійснюється за допомогою розрідження в димовій трубі 3 при однаковій регуляторів подачі димових газів 121 та 122. У зоні кількості димових газів, які відходять з коксової примикання лежака 4 до контуру очищення 6 батареї 1, у технічному рішенні, що заявляється, димових газів відбувається відведення димових розрідження в лежаку 4 відповідало оптимальному 11 27770 значенню, необхідному для забезпечення ефективного гідравлічного режиму роботи коксової батареї 1, в той час як у найбільш близькому технічному рішенні (прототипі) розрідження в лежаку було значно вище за оптимальне значення, що приводило до нестабільної роботи коксової батареї 1. Також при використанні технічного рішення, що заявляється, розрідження, при якому працює котел-утилізатор 7, у порівнянні з прототипом, зменшується й становить - 500Па. Зменшення розрідження, при якому працює котел-утилізатор 7, збільшує надійність його роботи, а також зменшує величину присисань та поліпшує процес термічного знешкодження димових газів, які відходять з коксової батареї 1. 12 Таблиця 2 Кількість димових Розрідження газів, як в димовій відходять з коксової трубі, Па батареї, тис. м3/год -800 -800 -800 100 80 60 Кількість димових Кількість димових газів, які відходять з Кількість газів, які відходять Розрідження Оптимальне контуру очищення, палива, яке в лежаку, з контуру 3 значення тис. м /год (технічне подають в очищення, тис. Па розрідження в рішення, що котелм3/год (прототип) лежаку, заявляється) утилізатор, Па 3 технічне тис. м /год у димову у димову у лежак у лежак прототип рішення, що трубу трубу заявляється 20 120 18 102 -815 -400 -400 15 95 30 65 -815 -400 -400 12 72 42 зо -815 -400 -400 З таблиці 2 видно, що залежно від зміни кількості димових газів, які відходять з коксової батареї 1, при постійному розрідженні в димовій трубі 3, значення розрідження в лежаку 4, при використанні технічного рішення, що заявляється, перебувало на одному рівні й становило -400Па, що відповідає оптимальному значенню розрідження в лежаку для роботи коксової батареї. У той же час, при використанні найбільш близького технічного рішення, розрідження в лежаку було - 400Па, що вище за оптимальне значення, що приводило до неефективної роботи коксової батареї.