Установка для очищення димових газів, що відходять з коксової печі

Установка для очищення димових газів, що відходять з коксової печі, яка містить, a) щонайменше одну коксову піч, з'єднану з димовою трубою за допомогою лежака, обладнаного C2 2 (19) 1 3 85778 4 стей вугільної шихти ι становить, як правило, 13-18 за 900°С напівкокс повністю перетворюється в год. Однак, у ряді випадків, період коксування мококс. Частина первинних продуктів коксування, а же бути збільшений і становити від 18 до 30 год. При зміні періоду коксування змінюється кількість саме, первинний газ та смолисті речовини, стикаопалювального газу на обігрів коксової печі й, відючись з розпеченими стінками та склепінням кокповідно, об'єм димових газів, що відходять від коксової печі, а також з коксом, піддаються піролізу. сової печі. Газоподібні продукти коксування вловлюються і використаються як сировина для хімічної промисУ процесі обігріву камер коксування шляхом спалювання у вертикальних опалювальних каналовості. лах горючого газу, зокрема - доменного, коксового Традиційно, процес коксування здійснюється в або суміші коксового та доменного газу і τ.і., утвококсових печах або в коксовій батареї, яка містить, рюються димові гази, які містять оксиди азоту, щонайменше, одну коксову піч. Перед завантаженням в коксову піч кам'яного вугілля виконують оксид вуглецю й діоксид сірки. Також димові гази містять дрібнодисперсні вуглецеві частинки. Кільйого підготовку, а саме, подрібнюють і готують кість і компонентний склад димових газів залежить шихту для коксування, що має певний компонентвід багатьох факторів. Основними з них є: рівень ний склад, який забезпечує отримання кондиційнотемператури в опалювальних каналах та умови го товарного коксу, що дозволяє збільшити продуктивність коксових печей. спалювання опалювального газу; герметичність кладки гріючих стін камер коксування й опалюваУ коксовій печі процес коксування протікає льної системи коксової печі, коефіцієнт надлишку пошарово, причому температура шарів поступово повітря. підвищується від нагрітих (вище 1000°С) стінок Для ефективного здійснення процесу коксукоксової печі до середини завантаження. Відповідвання в коксових печах необхідним є певний гідрано до цього й склад шарів (починаючи від стінок) влічний режим, який забезпечує необхідний темзмінюється в такій послідовності: кокс - напівкокс пературний режим в кожній коксовій печі та пластичний стан - суха шихта - сира шихта. Коксуефективне згоряння опалювального газу. вання вважається закінченим, коли всі шари коксу Так, для коксової печі оптимальним гідравлічзійдуться в середині коксової печі. До кінця коксуним режимом є режим, який забезпечує у верхній вання, внаслідок усадки утворюється так званий частині коксової печі, під лючком оглядового отво«коксовий пиріг», розділений у середній частині ру, невеликий надлишок тиску (0,1-5Па). Такий швом-розривом, який проходить паралельно гріюрежим забезпечується при величині тяги в газохочим стінкам камери коксування, а кожна половина дах, розташованих по обидва боки коксової печі, «пирога» розчленована на більш або менш великі на рівні 200-300Па. Таке розрідження підтримуєтьшматки тріщинами. ся регуляторами, встановленими в газоходах, найОтриманий в печі кокс видаляється з неї коккращий діапазон роботи яких забезпечується при совиштовхувачем і надходить до гасильного вагорозрідженні в лежаку 400-500Па. на, де розпечений кокс охолоджують водою або У процесі роботи коксової печі гідравлічний інертним газом («мокрий» або «сухий» спосіб). режим постійно змінюється. Зміна гідравлічного Для компактності-коксового цеху та кращого режиму залежить від багатьох факторів, зокрема, використання тепла коксові печі поєднують у бавід завантаження коксової печі коксовим вугіллям, тареї, по 37-100 коксових печей в кожній, з загальвід герметичності кладки стінок коксової печі, від ними для всіх печей системами підведення опавиду палива, яке використовується для опалення лювального газу, подачі вугілля, відводу сирого коксової печі, періоду коксування, температурних коксового газу й відводу димових газів. умов навколишнього середовища. Так, наприклад, Коксова піч містить камеру коксування, обігріпри виборі коксового газу з теплотворною здатнісвальні простінки, що розташовані по обидва боки тю ~4000ккал/м 3 необхідним є один об'єм опалюкамери коксування, регенератори, систему відводу вального газу, а при виборі доменного газу, теплодимових газів, яка складається з газоходів, розтатворна здатність якого дорівнює ~900ккал/м 3, шованих по обидва боки коксової печі, при цьому необхідно використовувати більший об'єм опалюгазоходи примикають до лежака. У верхній частині вального газу у порівнянні з коксовим газом. Покамери коксування передбачені завантажувальні рушення оптимального гідравлічного режиму коклюки, з торців камера коксування закрита знімнисової печі приводить до погіршення рівномірності ми дверима. Довжина камер коксування, як правиобігріву і, як наслідок, до погіршення якості товарло, складає 16м, висота 4-7м, ширина 0,4-0,5м. ного коксу, а також до збільшення собівартості Обігрів камер коксування здійснюється за ратоварного коксу. Крім того, зменшення розрідженхунок спалювання у вертикальних каналах простіня (тяги) приводить до зниження продуктивності нків коксового, доменного або суміші різних горюкоксової печі, а збільшення розрідження - до появи чих газів. Обігрів камер коксування є важливим нещільностей в системі обігріву, до збільшення для процесу коксування шихти, оскільки від рівнопросисань сирого коксового й опалювального гамірності обігріву по довжині й висоті камер коксузів, погіршення умов спалювання опалювального вання багато в чому залежить якість отриманого газу і, як наслідок, до різкого збільшення вмісту коксу, а умови спалювання та склад опалювальнозабруднюючих речовин у димових газах. го газу зумовлюють кількість та склад димових Тому підтримка оптимального гідравлічногазів. го режиму коксової печі на заданому рівні є необПеріод коксування одного вугільного завантахідною умовою її роботи. ження залежить від ширини камери коксування, температури в обігрівальних простінках, властиво 5 85778 6 Традиційно відведення димових газів з коксодовища, стану кладки димової труби, температури вої батареї в атмосферу здійснюється через дидимової труби і т. і. мову тр убу. Як правило, коксова батарея з'єднана Підвищення температури навколишнього сез димовою трубою за допомогою лежака, який редовища приводить до зменшення розрідження в з'єднує газоходи, розташовані по обидва боки кокдимовій трубі, а при зменшенні температури насової батареї. вколишнього середовища відбувається збільшенЛежак являє собою газохід з перетином від ня розрідження в димовій трубі. Разом з тим, при зменшенні температури ди2,5´2,5м до 4´4м. Як правило, лежак розташовамових газів відбувається зменшення розрідження ний під землею, а в зоні примикання лежака до в димовій трубі. Однак температура димових газів димової труби встановлено шибер, призначений у димовій трубі не повинна бути нижче за темпедля регулювання розрідження в лежаку. ратур у, при якій відбувається конденсація димових Також в зоні примикання газоходів до лежака встановлено регулятори, призначені для регулюгазів, в результаті чого виділяється вода та інші побічні продукти, які приводять до швидкого зновання розрідження в коксових печах, які входять шування кладки димової труби. При використанні до складу коксової батареї. контуру очищення димових газів, температура Димова труба призначена для створення придимових газів є постійною і знаходиться в діапазородного розрідження з метою відведення димових газів з коксової батареї. Димова труба складається ні 180-220°С. з фундаменту, цоколя й стовбура. Значення розрідження, що створює димова Внутрішня поверхня стовбура димової труби труба, більше за значення розрідження, яке необзахищена футеровкою з цегли. хідне для ефективної роботи коксової печі або Відомою є установка для очищення димових коксової батареї. При розрахунку та проектуванні газів, що відходять з коксової печі [див. патент конструкції димової труби існують критерії, які враУкраїни №38732, МПК С10В 45/00, F23J 15/00, ховуються при її зведенні, при цьому основним опубл. 15.05.2001р.], яка містить: критерієм є здатність димової труби забезпечити a) коксову піч, з'єднану з димовою трубою за відведення всіх димових газів з коксової печі при допомогою лежака, роботі на гранично припустимих режимах коксуb) контур очищення димових газів, який вклювання при максимально можливій плюсовій темчає котел-утилізатор і димосос з напрямним апапературі навколишнього середовища в регіоні, в ратом, при цьому вхід зазначеного контуру очиякому буде споруджена димова труба. При триващення димових газів підключений до лежака в зоні лих періодах коксування система керування устапримикання лежака до коксової печі. новкою для очищення димових газів повинна заДимові гази, які відходять з коксової печі, надбезпечити таке значення розрідження в лежаку, ходять до контуру очи щення димових газів, що яке б не порушувало стабільної роботи коксової включає котел-утилізатор та димосос. У котліпечі або коксової батареї, а також забезпечило б утилізаторі відбувається термічна обробка димостабільну роботу котла-утилізатора. Оскільки збівих газів, в результаті якої відбувається знешкольшення розрідження і, відповідно тяги димової дження димових газів; також в котлі-утилізаторі труби, вище за припустиме значення, найчастіше відбувається відбір тепла від очищених димових приводить, з одного боку, до збільшення просигазів. сань у коксовій печі та до порушення її стабільної У відомій установці лежак, за допомогою якого роботи, а, з іншого боку, може привести до відриву коксова піч з'єднана з димовою трубою, не має факела в котлі-утилізаторі і виходу його з ладу. засобів для регулювання потоку димових газів, що З огляду на значну вартість зведення димової надходять до димової труби. Також конструктивтруби при будівництві коксових заводів димова ною особливістю відомої установки є те, що вихід труба, у ряді випадків, призначається для обслуконтуру очищення димових газів приєднаний до говування декількох паливоспалювальних агрегалежака у дво х точках. При цьому потік очищених тів, а також призначена для обслуговування інших димових газів, які відходять з котла-утилізатора, установок, з яких необхідно відводити інші гази, які розділяється на два потоки очищених димових утворилися в процесі виробництва, наприклад, газів, один з яких формує в лежаку протитечію відведення надлишку газів з установки сухого гапотоку неочищених димових газів, що відходять з сіння коксу. Тому розрідження димової труби, як коксової печі, а другий потік очищених димових правило, більше за значення розрідження, яке газів відводиться в атмосферу через димову трунеобхідне для ефективної роботи коксової батабу. реї. Недоліком відомої установки є складність підЗростання розрідження у лежаку до рівня розтримки оптимального гідравлічного режиму роботи рідження в димовій трубі приводить до додатковококсової печі, через те, що розрідження в лежаку го зростання розрідження в контурі очищення дизавжди дорівнює розрідженню в димовій трубі, мових газів. Для відведення димових газів з оскільки у відомій установці відсутні засоби для лежака в контур очищення димових газів, в останстворення додаткового опору потоку димових газів ньому необхідно створити розрідження, що перета регулювання розрідження в лежаку перед дивищує розрідження в лежаку, що приводить до мовою трубою. неефективної роботи котла-утилізатора, оскільки У процесі роботи відомої установки розріпри збільшенні розрідження в котлі-утилізаторі дження в димовій трубі постійно змінюється, осківідбувається зменшення ефективності очищення льки воно залежить від кількості й температури димових газів, внаслідок неорганізованих присидимових газів, температури навколишнього сересань повітря. 7 85778 8 Відомою є установка для очищення димових Основною задачею винаходу, що заявляється, газів, що відходять з коксової печі [див. «Установє створення установки для очищення димових ка теплового знешкодження та утилізації тепла газів, що відходять з коксової печі, яка дозволяє димових газів коксових батарей» журнал «Кокс ι досягти оптимізації гідравлічного режиму роботи хімія», № 12. 2003р. стор. 36-39], яка містить коксової печі. a) щонайменше, одну коксову піч, з'єднану з Також задачею винаходу, що заявляється, є димовою трубою за допомогою лежака, обладнарозробка установки, яка дозволяє досягти високоного шибером, розміщеним в зоні примикання лего ступеня очищення димових газів, що відходять з жака до димової труби, коксової батареї. b) контур очищення димових газів, який вклюТакож задачею винаходу, що заявляється, є чає котел-утилізатор, димосос з напрямним апарозробка установки, яка дозволяє досягти високої ратом ι регулюючий клапан, розміщений в зоні ефективності роботи котла-утилізатора. виходу зазначеного контуру, який примикає до Поставлені задачі вирішуються тим, що в димової труби, при цьому вхід зазначеного контуру установці для очищення димових газів, що відхоочищення димових газів підключений до лежака в дять з коксової печі, яка містить, зоні примикання лежака до коксової печі. a) щонайменше, одну коксову піч, з'єднану з У відомій установці димові гази відводяться з димовою трубою за допомогою лежака, обладналежака в контур очищення димових газів, з якого ного шибером, розміщеним в зоні примикання лепотім відводяться в димову трубу. При відведенні жака до димової труби, димових газів з лежака в контур очищення димоb) контур очищення димових газів, який вклювих газів частина димових газів рецирку-лює, тобчає котел-утилізатор, димосос з напрямним апато частина очищених димових газів з димової труратом і регулюючий клапан, розміщений в зоні би через шибер, встановлений у лежаку, виходу зазначеного контуру, який примикає до повертається в контур очищення разом з димовидимової труби, при цьому вхід зазначеного контуру ми газами, які відводяться з коксової печі. Об'єм очищення димових газів підключений до лежака в димових газів, що рециркулює, повинен бути мінізоні примикання лежака до коксової печі, мальним, не більш, як 2-5% від об'єму знешкоджезгідно з винаходом, що заявляється, них газів за умовами енергозбереження. При цьоc) установка обладнана газоходом, який з'єдму шибер, розміщений в зоні примикання лежака нує ви хід контур у очи щення димових газів з лежадо димової труби, повинен завжди бути в частково ком, при цьому вхід газоходу пов'язаний з зазнавідкритому положенні, тобто в такому положенні, ченим контуром перед регулюючим клапаном по яке забезпечить роботу коксової печі у разі аваходу руху димових газів, а вихід газоходу зв'язарійної зупинки чи поломки котла-утилізатора чи ний з лежаком в зоні примикання лежака до димодимососа, оскільки закрите положення шибера при вої тр уби перед шибером по ходу руху димових аварійній зупинці котла-утилізатора чи поломці газів, при цьому газохід обладнаний регулятором димососа приводить к зупинці роботи коксової потоку димових газів. печі. При частковому відкритті шибера, що забезВиконання в установці, яка заявляється, газопечує рециркуляцію димових газів в об'ємі 2-5%, ходу, вхід якого пов'язаний з контуром очищення розрідження у лежаку перевищує розрідження у димових газів перед регулюючим клапаном по димовій трубі, що приводить до встановлення не ходу руху димових газів, а вихід з лежаком, забезоптимального гідравлічного режиму роботи коксопечує стабільну та ефективну роботу коксової печі вої печі або коксової батареї і виключає проскакування Недоліком відомої установки є те, що для димових газів, оминаючи котел-утилізатор, у диздійснення рециркуляції димових газів потрібна мову трубу. Це досягається за рахунок переброски підтримка рівня розрідження в лежаку більше за частини димових газів з контура очищення диморозрідження в димовій трубі на величину опору вих газів до зони лежака, яка розташована перед частини лежака з шибером. Опір частини лежака з шибером по ходу р уху димових газів, що забезпешибером визначається за наступними залежносчується за допомогою регулюючого клапана, який тями: регулює потік димових газів, які надходять до димової труби безпосередньо з контура очищення DP=x(W2/2g)r(T/273) (1) димових газів. Наявність регулюючого клапана W=B/F (2) забезпечує створення опору потоку газів, що руде ΔΡ- опір частини лежака з шибером; хаються у контурі очищення димових газів у напрямку димової труби, та їх відвід в напрямку гаx - коефіцієнт опору частини лежака з шибезоходу, що забезпечує можливість вибору ром; оптимального гідравлічного режиму роботи устаW - швидкість димових газів у лежаку в зоні новки для очищення димових газів. розташування шибера, м/с; Подача димових газів у лежак в зоні примиg - прискорення вільного падіння, м/с2; кання його до димової труби перед шибером збіr - щільність димових газів, кг/м 3; льшує кількість димових газів, яка проходить через В - витрата газів, м 3/з; лежак в зоні розташування шибера у димову труF - площа прохідного перетину лежака в зоні бу, що, згідно з формулами (1), (2), збільшує опір розташування шибера, м 2; частини лежака з шибером при сприйнятливій стуΤ - температура димових газів, К. пені відкриття шибера. Зміна напрямку руху димоЗ наведених залежностей видно, що опір часвих газів через лежак в зоні розташування шибера тини лежака з шибером залежить від кількості диі збільшення опору у зазначеній зоні приводить до мових газів, які проходять через нього. 9 85778 10 зменшення розрідження в лежаку до оптимального У процесі роботи коксової батареї 1, в косових значення. Зменшення розрідження в лежаку також печах 2 утворюються димові гази, які відводяться приводить до зменшення розрідження в контурі по газоходах 111 та 112 в лежак 4. Регулювання очищення димових газів і, як наслідок, до збільвитрати димових газів здійснюється за допомогою шення ефективності роботи котла-утилізатора. регуляторів подачі димових газів 121 та 122. У зоні Використання в газоході регулятора потоку примикання лежака 4 до контуру очи щення 6 дидимових газів дозволяє регулювати кількість димових газів відбувається відведення димових газів мових газів і, тим самим, стабілізувати й підтримуу контур очи щення 6 за допомогою димососа 8, вати розрідження на рівні, необхідному для оптиякий постачений напрямним апаратом 9. У контурі мальної роботи коксової батареї. очищення 6 димові гази надходять до котлаНа Фіг. - зображена установка для очищення утилізатора 7, в якому відбувається термічне знедимових газів, які відходять з коксової печі. шкодження димових газів. Після котла-утилізатора Установка для очищення димових газів, що 7 одна частина очищених димових газів відвовідходять з коксової батареї 1, містить коксові печі диться в димову трубу 3 через регулюючий клапан 2, які з'єднані з димовою трубою 3 за допомогою 10, а інша частина очищених димових газів - в галежака 4. Лежак 4 також обладнаний шибером 5, зохід 13, в якому встановлено регулятор 14 потоку розміщеним в зоні примикання лежака 4 до димодимових газів. вої труби 3. Кількість димових газів, які проходять через Контур очищення 6 димових газів включає когазохід 13, визначають за наступною залежністю: тел-утилізатор 7, димосос 8 з напрямним апараВ=В1+В2, (3) том 9 і регулюючий клапан 10. Де Також коксова батарея 1 містить два газоходи В - кількість димових газів, які проходять через 111 та 112, які розташовані по бокових сторонах газохід 13, м 3/год; косової батареї 1. При цьому, газоходи 11 1 та 112 Β1 - кількість димових газів, які надходять з призначені для відведення димових газів, які відлежака 4 до димової труби 3 при припустимому (за ходять з коксової батареї 1, у лежак 4. У зоні приумовою безаварійної ситуації на коксовій батареї микання газоходів 111 та 112 до лежака 4 встанов1, на випадок відключення установки) ступені відлені регулятори подачі димових газів 121 та 122. криття шибера 5,м 3/год; Напрямний апарат 9 димососа 8 служить для В2- кількість димових газів, які рециркулюють у регулювання потоку димових газів через котеллежаку 4, м 3/год. утилізатор 7. Вхід контуру очи щення 6 димових З газоходу 13 димові гази надходять у лежак 4 газів підключений до лежака 4 в зоні примикання перед шибером 5 по ходу р уху димових газів. Одлежака 4 до коксових печей 2, а вихід контуру на частина очищених димових газів, які надійшли в очищення 6 підключений до димової труби 3. В лежак 4 з газоходу 13, відводиться через шибер 5 зоні виходу контуру очищення 6 димових газів розв димову тр убу 3, а інша частина очищених димоташований регулюючий клапан 10. вих газів протитечією відводиться в контур очиТакож установка для очищення димових газів, щення 6 димових газів через зону примикання лещо відходять з коксової печі, обладнана газоходом жака 4 до коксових печей 2 що дозволяє 13, який з'єднує ви хід контур у очи щення 6 димових виключити проскакування не знешкоджених димогазів з лежаком 4. При цьому, вхід газоходу 13 вих газів у димову трубу 3, оминаючи ко-телпов'язаний з контуром очищення 6 перед регулюутилізатор 7. ючим клапаном 10 по ходу р уху димових газів, а Зміна розрідження в лежаку 4 регулюється за вихід газоходу 13 зв'язаний з лежаком 4 в зоні допомогою датчика контролю 15 розрідження, примикання лежака 4 до димової труби 3 перед встановленого в лежаку 4. При збільшенні розрішибером 5 по ходу р уху димових газів. дження в лежаку 4 датчик контролю 15 розрідженТакож газохід 13 обладнаний регулятором 14 ня подає інформацію до блоку керування 16, який потоку димових газів. здійснює виробку команди керування на регулююУстановка містить систему керування, що чий клапан 10 і регулятор 14 для збільшення потовключає датчик контролю 15 розрідження, який ку димових газів через газохід 13 і підтримки необвстановлено в лежаку 4, і блок керування 16, вхід хідного розрідження в лежаку 4 для забезпечення якого з'єднаний з датчиком контролю 15, а вихід оптимального гідравлічного режиму роботи коксоблока керування 16 з'єднаний з регулюючим клавої батареї 1. паном 10 і регулятором 14 потоку димових газів. Випробування заявленої установки для очиУстановка для очищення димових газів, що щення димових газів були проведені на коксовій відходять з коксової печі, працює наступним чибатареї в ВАТ «ЗАПОРОЖКОКС». Результати вином. пробувань наведені у таблицях 1 і 2. 11 85778 12 Таблиця 1 Кількість Розрідження в лежаку, при Розрідження у котліК.К.Д. котла-утилізатора, димових гарециркуляції 5%, Па утилізаторі, Па % Розрідження зів, які відхов димовій Технічне Технічне Технічне трубі, Па дять з коксо- Прототип рішення, що Прототип рішення, що Прототип рішення, що вої батареї, заявляється заявляється заявляється тис. м 3/год -1000 100 -1020 -400 -1100 -500 82 89 -800 100 -815 -400 -900 -500 84 89 -600 100 -610 -400 -700 -500 86 89 З таблиці 1 видно, що залежно від зміни розрідження в димовій трубі 3 при однаковій кількості димових газів, які відходять з коксової батареї 1, у те хнічному рішенні, що заявляється, розрідження в лежаку 4 відповідало оптимальному 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 не оптимального гідравлічного режиму та нестабільної роботи коксової батареї. 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 котелутилізатор 7, збільшує надійність його роботи, а також зменшує величину присисань та поліпшує процес термічного знешкодження димових газів, які відходять з коксової батареї 1. Таблиця 2 Кількість Кількість димов их газів , які Кількість димов их в ідв одять з конту ру очипалив а, яке 3 газів , які щення, тис. м /год Розрідження подають в в димов ій в ідходять з (прототип) котелтру бі, Па коксов ої батаре ї, тис. у тилізатор, 3 У димову 3 тис. м /год У лежак м /год тру бу -800 -800 -800 100 80 60 20 15 12 120 95 72 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 Кількість димов их газів , які в ідв одять з конту ру очи3 щення, тис. м /год (технічне рі шен ня, що заяв ляється) Розрідження в лежаку , Па У лежак У димову тру бу Прототип Технічне рі шення, що заяв ляється 18 зо 42 102 65 30 -815 -815 -815 -400 -400 -400 Оптима льне значення розрідження в лежаку , Па -400 -400 -400 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. 13 Комп’ютерна в ерстка А. Крижанівський 85778 Підписне 14 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601