Коксова піч з поліпшеними тепловими властивостями і спосіб одержання коксу

Реферат: Винахід належить до галузі металургії, а саме - коксової печі горизонтальної конструкції без рекуперації або з рекуперацією тепла, яка складається з щонайменше однієї камери коксування, бічних вертикальних каналів низхідного потоку, що розташовані в стінках печі в напрямку від вільного простору печі до горизонтальних каналів топкового газу, які розташовані під камерою коксування вугілля і виконані для непрямого підігріву вказаної камери, а також повітропроводу для введення повітря в камеру коксування вугілля, при цьому щонайменше частина внутрішніх стінок камери коксування вугілля сформована як вторинні нагрівальні поверхні шляхом нанесення на них високовипромінюючого покриття (НЕВ), причому ступінь випромінювання цього високовипромінюючого покриття більше або дорівнює 0,9. Це покриття (НЕВ), переважно, складається з Сr2О3 або Fе2О3, або з суміші, яка містить ці речовини, з часткою Fе2О3, яка становить щонайменше 25 мас. % від маси суміші, і з часткою Сr2О3, яка становить щонайменше 20 мас. % від маси суміші. UA 98119 C2 (12) UA 98119 C2 UA 98119 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується коксової печі горизонтальної конструкції (типу без рекуперації/з рекуперацією тепла), в якій щонайменше частина внутрішніх стінок камери коксування сформовані як вторинні гріючі поверхні шляхом нанесення на них високовипромінюючого покриття (HEB), причому ступінь випромінювання цього високовипромінюючого покриття більш або дорівнює 0,9. Таке HEB, переважно, складається з речовин Cr2O3 або Fe2O3, або з суміші, яка містить будь-яку одну з цих речовин, з часткою Fe2O3, яка становить щонайменше 25% мас. від суміші і з часткою Cr2O3, яка становить щонайменше 20% мас. від суміші. Коксові печі горизонтальної конструкції відомі з попереднього рівня техніки, і вони часто використовуються. Приклади таких коксових печей описані в US 4 111 757, US 4 344 829, US 6 596 129 В2 або DE 691 06 312 Т2. Вони характеризуються тим, що підведення необхідної енергії частково здійснюється безпосередньо шляхом спалення легколетких складових вугілля у вільному просторі печі вище вугільного пирога або від завантаження вугілля. Іншу частину енергії для коксування вносять через стінки, які обігріваються топковим газом з їх оборотного боку, і через підлогу камери у вугільний пиріг або у завантаження вугілля. За рахунок прямого впливу енергії зростання в товщину верхнього шару карбонізованого коксу є найбільш швидким. Тому карбонізовані шари, які ростуть паралельно стінкам або від дна і паралельно підлозі камери, до кінця часу коксування є менш товстими, ніж верхній шар. З попереднього рівня техніки відомі різні підходи, призначені для того, щоб скоротити час коксування вугілля. Підвищення температури в камері коксування, яке повинне було викликати прискорення процесу коксування, призводить до більш високої втрати хімічних речовин вугілля і, як правило, неможливе з причин, що стосуються матеріалів. Тому перевага була надана спробам поліпшити непряму передачу тепла через стінки і підлогу камери, наприклад, способом, описаним в DE 10 2006 026521. Для відмінних конструктивно горизонтальних камерних печей європейський патент EP 0 742 276 В1 описує спосіб поліпшення теплопередачі від паралельних г опалювальних каналів зовні робочого простору печі до завантаження вугілля. Згідно з цим способом на поверхні опалювальних каналів, які проходять паралельно камері коксової печі, нанесене таке покриття, що вони можуть діяти як чорне тіло, поліпшуючи, таким чином, теплопередачу через стіну. Існує ще, однак, потреба зменшити час коксування і, тим самим, поліпшити економічну ефективність цього способу. Ця задача вирішується в коксових печах горизонтальної конструкції (типу без рекуперації/з рекуперацією тепла), які описані в незалежному пункті формули винаходу. Ця коксова піч складається з щонайменше однієї камери коксування, розташованих з боків вертикальних каналів низхідного потоку, а також донних газоходів, які розташовані горизонтально і проходять знизу камери коксування для непрямого підігрівання камери коксування, з щонайменше частиною внутрішніх стінок камери коксування сформованих як вторинні гріючі поверхні шляхом нанесення на них високовипромінюючого покриття (HEB), причому ступінь випромінювання цього високовипромінюючого покриття більше або дорівнює 0,9. Цей HEB, переважно, складається з речовин Cr2O3 або Fe2O3, або з суміші, яка містить будьяку одну з цих речовин, з часткою Fe2O3, яка становить щонайменше 25% мас. від суміші і з часткою Cr2O3, яка становить щонайменше 20% мас. від суміші. Альтернативно HEB може також містити SiC з часткою в щонайменше 20% мас. Огляд стану технології покриття стінок печей для поліпшення відбиття тепла наданий M. Schulte et аl. У Stahl und Eisen, 110(3), 99-104, 1990. У поліпшеному варіанті цієї коксової печі HEB додатково містить один або декілька з мінеральних зв'язуючих агентів. Було також знайдено, що складові HEB повинні мати особливий розмір зерен, який менший або дорівнює 15 мкм і який оптимально укладається в інтервал між 2,5 та 10 мкм. За допомогою HEB умови випромінювання в камері коксової печі суттєво поліпшуються, і швидкий процес коксування від верху до дна додатково прискорюється. Коксова піч може бути додатково поліпшена шляхом часткового або повного покриття стінок каналів топкового газу, які проходять горизонтально під камерою коксування, HEB будь-якого складу, які описані вище, поліпшуючи тим самим, непряме підведення тепла через підлогу камери коксової печі. Запропонований інший додатково поліпшений варіант, який полягає в тому, що один або декілька гріючих елементів, так званих «третинних гріючих елементів», розташовують у вільному просторі печі, який при намічуваній роботі коксової печі не призначений для заповнення твердим матеріалом, причому вказані нагрівальні елементи також повністю або 1 UA 98119 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 частково покривають описаним HEB. Альтернативно, ці третинні нагрівальні елементи можуть також складатися з або бути сформовані частково або повністю з речовин, які утворюють HEB. Третинні нагрівальні елементи можуть мати будь-яку форму і оптимально формуються у вигляді підвісних ребер або підвісних стінок. Третинні нагрівальні елементи можуть бути додатково поліпшені, шляхом виготовлення отворів або частково відкритої структури. У принципі третинні нагрівальні елементи можуть бути будь-яким чином закріплені в камері печі. Оптимально третинні нагрівальні елементи є знімно підвішеними у підходящих тримачах, причому ці тримачі вмонтовані в стінку і/або у верх (склепіння) коксової камери. При цьому є перевага в тому, що третинні нагрівальні елементи можуть бути легше зняті, коли в камері коксової печі повинні здійснюватися роботи, таким чином уникають передачі розширення цегляній кладці печі. Інший поліпшений варіант коксової печі полягає в узгодженні маршруту газу з положенням третинних нагрівальних елементів. Так, коли камера коксування розділена третинними нагрівальними елементами на секції, щонайменше один з повітроводів введений в кожну з цих секцій, і один або два канали низхідного потоку виходять з кожної з цих секцій. Даний винахід охоплює також спосіб одержання коксу шляхом введення в дію описаної коксової печі з використанням одного з варіантів здійснення. Як правило, множина описаних коксових печей працюють більш або менш паралельно. Згідно з особливо придатним варіантом способу пропонується, щоб температура в камері коксування під час процесу коксування становила в середньому від 1000 до 1400C. Ця температура може бути також перевищена на короткі періоди часу. Фіг показує здійснення коксової печі за винаходом в розрізі. Коксова піч 1 складається з верху (склепіння) 2 печі, стінок 3 печі і підлоги 4 печі, які визначають камеру 5 печі. Повітровід 6, який представлений пунктирними лініями, веде в камеру 5 печі. Завантаження 7 вугілля розташоване на підлозі 4 печі, і канали 8 топкового газу проходять під підлогою 4 печі. У поперечному перерізі показані також повітроводи 10, прокладені в основі 9 печі, які роблять можливим проходження повітря в канали 8 топкового газу. Гази, які виробляються під час карбонізації вугілля, можуть бути виведені через вертикальні канали 11 низхідного потоку, які проходять в стінках 3 печі від вільного простору камери печі 5 до горизонтальних каналів 8 топкового газу, що проходять під підлогою 4 печі. Внутрішні поверхні камери 5 печі забезпечені HEB, яке складається з Сr2О3, Fe2O3 та SiC в рівних частках. Ці HEB внутрішніх стінок, які стали в результаті вторинними гріючими поверхнями, не показані більш детально. Крім того в камері 5 печі змонтовані вертикально і паралельно один одному гріючі елементи 12, третинні гріючі поверхні, які загалом і в цілому заповнюють вільний поперечний переріз вище завантаження 7 вугілля і які також покриті HEB. Нагрівальні елементи 12 прикріплені до підтримуючих елементів 13, які в показаному тут випадку мають форму стінових і стельових анкерів. У показаному прикладі невеликий периферичний прохід 14 залишений між поверхнями внутрішньої стінки камери 5 печі, завантаженням 7 вугілля і зовнішньою кромкою гріючого елемента 12 для того, щоб зробити можливою горизонтальну конвекцію в камері 5 печі і запобігти пошкодженню матеріалів внаслідок відмінностей в характеристиках розширення частин конструкції. Нанесенням покриття на всі поверхні, які не контактують із завантаженням вугілля, і додатковими випромінюючими поверхнями, які також мають покриття і які введені третинними гріючими поверхнями в залі печі, зуміли досягти помітного поліпшення умов випромінювання в камері печі, що, відповідно, призвело до скорочення часу карбонізації вугілля. Перелік чисельних позначень 1 Коксова піч 2 Верх печі 3 Стінка печі 4 Підлога печі 5 Камера печі 6 Мережа повітроводів 7 Завантаження вугілля 8 Канали топкового газу 9 Основа печі 10 Мережа повітроводів 11 Канал низхідного потоку 12 Гріючий елемент 13 Підтримуючий елемент 14 Прохід 2 UA 98119 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 1. Коксова піч горизонтальної конструкції, без рекуперації або з рекуперацією тепла, яка складається з щонайменше однієї камери коксування вугілля, бічних вертикальних каналів низхідного потоку, які розташовані в стінках печі в напрямку від вільного простору печі до горизонтальних каналів топкового газу, що розташовані під камерою коксування вугілля, повітропровід для введення повітря в камеру коксування вугілля, при цьому горизонтальні канали топкового газу, які розташовані під камерою коксування вугілля, виконані для непрямого підігріву вказаної камери коксування вугілля, яка відрізняється тим, що щонайменше частина внутрішніх стінок камери коксування вугілля сформована як вторинні нагрівальні поверхні шляхом нанесення на них високовипромінюючого покриття (НЕВ), причому ступінь випромінювання цього високовипромінюючого покриття більше або дорівнює 0,9. 2. Піч за п. 1, яка відрізняється тим, що згадане покриття (НЕВ) складається з Сr2О3 або Fе2О3, або з суміші, яка містить ці речовини, з часткою Fе2О3, яка становить щонайменше 25 мас. % від маси суміші, і з часткою Сr2О3, яка становить щонайменше 20 мас. % від маси суміші. 3. Піч за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що згадане покриття (НЕВ) додатково містить SiC з часткою щонайменше 20 мас. %. 4. Піч за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що згадане покриття (НЕВ) додатково містить один або декілька з мінеральних зв'язуючих агентів. 5. Піч за будь-яким з пп. 1-4, яка відрізняється тим, що розмір зерна компонентів, що складають згадане покриття (НЕВ), менший або дорівнює 15 мкм і, переважно, входить в інтервал між 2,5 та 10 мкм. 6. Піч за будь-яким з пп. 1-5, яка відрізняється тим, що стінки горизонтальних каналів топкового газу, які розташовані під камерою коксування вугілля, частково або повністю покриті згаданим покриттям (НЕВ). 7. Піч за будь-яким з пп. 1-6, яка відрізняється тим, що містить один або декілька додаткових нагрівальних елементів (третинних нагрівальних елементів), розташованих у вільному просторі печі, що не заповнений завантажуваним вугіллям, причому вказані елементи є також повністю або частково покритими згаданим покриттям (НЕВ), або такими, що складені повністю або частково з речовин, які утворюють згадане покриття (НЕВ). 8. Піч за п. 7, яка відрізняється тим, що третинні нагрівальні елементи мають будь-яку форму, переважно сформовані у вигляді підвісних ребер або підвісних стінок, при цьому третинні нагрівальні елементи при необхідності містять отвори або частково відкриту структуру. 9. Піч за п. 7 або 8, яка відрізняється тим, що третинні нагрівальні елементи виконані знімними і підвішені у придатних тримачах, причому ці тримачі вмонтовані в стінку і/або у верх камери коксування печі. 10. Піч за будь-яким з пп. 7-9, яка відрізняється тим, що камера коксування розділена третинними нагрівальними елементами на секції і повітровід входить в кожну з цих секцій, і один або два канали низхідного потоку виходять з кожної з цих секцій. 11. Спосіб одержання коксу, в якому використовують одну або декілька коксових печей, виконаних за будь-яким з пп. 1-10. 12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що коксування вугілля проводять при середній температурі в просторі печі від 1000 до 1400 °С. 3 UA 98119 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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