СПОСОБ СУХОГО ТУШЕНИЯ КОКСА

Изобретение относится к коксохимической промышленности и может быть использовано для локализации выбросов вредных веществ при тушении кокса в камерах установки сухого тушения (УСТК).

В процессе эксплуатации камер УСТК, при тушении кокса газом, циркулирующем в замкнутой системе, образуются избыточные объемы газа, которые сбрасываются через «холодную» свечу в атмосферу [1]. Регулятор установки на свече обеспечивает гидравлический режим камеры. Для обеспечения минимизации выбросов пыли в атмосферу при загрузке камеры коксом, при открывании крышки загрузочного устройства в камере-накопителе (фор-камере) создается разряжение. При этом в циркулирующий газ попадает дополнительное количество кислорода с воздухом через открытый люк загрузочного устройства. В процессе эксплуатации УСТК, для обезвреживания избыточного теплоносителя, снижения содержания горючих компонентов в циркулирующем газе, проектировщиком УСТК [1] рекомендуется подача воздуха в кольцевой канал камеры тушения. Кислородом воздуха окись углерода (CO), содержащаяся в циркулирующем газе, окисляется до двуокиси углерода (CO₂). Последний многократно, проходя через слой раскаленного кокса (1000-1100°C), восстанавливается до CO, т.е. процесс повторяется.

В результате подсоса воздуха в газовый тракт, при неплотностях элементов блока камера-котел, во время операции загрузки кокса в камеру, дожигании CO циркулирующего газа в кольцевом канале камеры УСТК непрерывно образуются избытки циркулирующего газа-теплоносителя. Одновременно с газом выбрасывается значительное количество коксовой пыли, циркулирующей в газовом тракте. За счет химических реакций, происходящих на поверхности кокса в камере, возникают потери кокса (угар).

При происхождении данных химических реакций газифицируется и разрыхляется поверхность кокса, ухудшаются его физико-химические и механические свойства.

Данные процессы, неизбежно происходящие при эксплуатации УСТК, снижают эффективность технологии «сухого» тушения и переводят его в разряд основных источников выбросов в коксохимическом производстве.

Известен способ тушения кокса с утилизацией избыточных газов УСТК путем подачи в газопровод «прямого «коксового» газа [2]. Данный способ утилизации был предложен Государственным всесоюзным институтом по проектированию предприятий коксохимической промышленности «Гипрококсом» для ОАО «НТМК» в 1988 году. На блоке камера-котел №7 была смонтирована опытная установка, на которой предусмотрена очистка избыточного теплоносителя от пыли и передача в газопровод прямого коксового газа.

Недостатками такого способа являются:

1. Прогнозируемое увеличение плотности смеси коксового газа и избыточного циркулирующего газа.

2. Необходимость увеличения мощностей цеха по переработке химических продуктов коксования.

3. Значительное снижение калорийности смеси газов относительно коксового газа.

4. Снижение уровня безопасности процесса переработки ХПК из-за присутствия кислорода (O₂) в избыточном теплоносителе.

Известна установка и способ тушения кокса с утилизацией избыточного газа в котле-утилизаторе [3].

Установка сухого тушения кокса содержит: камеру тушения кокса, систему циркулирующего охлаждающего агента, включающую котел-утилизатор и средство для отвода избыточного объема охлаждающего агента, средство для выгрузки кокса, контур рециркуляции охлаждающего агента, связывающий средство для выгрузки кокса с системой циркуляции охлаждающего агента, дополнительный котел-утилизатор, в котором охлаждающий агент подвергается термическому воздействию и улавливается тепло охлаждающего газа.

Особенностью известной УСТК и воплощенного в ней способа является то, что избыток циркулирующего газа отводится в дополнительный котел-утилизатор, в котором избыточный объем охлаждающего агента подвергается термической обработке с последующей утилизацией тепла отходящих газов при сжигании окиси углерода в смеси с дополнительными топливами.

Недостатками УСТК и реализованного в ней способа является:

1. Принудительный отвод циркуляционного газа из тракта, подсосы воздуха в систему циркуляции из разгрузочного устройства.

2. При отводе и сжигании избыточного теплоносителя требуется дополнительный подвод высококалорийного теплоносителя.

3. При сжигании и обезвреживании CO в избыточном газе образуется дополнительное количество сбрасываемых газов.

4. Сложность аппаратурного оформления (сжигание-утилизация тепла) систем регулирования.

Основной задачей изобретения является усовершенствование способа сухого тушения кокса, позволяющего снизить вредные выбросы в окружающую среду, снизить угар (потери) кокса при его охлаждении, повысить его механические, физико-химические свойства, утилизировать газ избыточного охлаждающего агента.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе сухого тушения кокса в циркуляционном газе поддерживается максимально допустимое содержание CO, позволяющее применить избыточный газ в качестве топлива в металлургическом производстве. Из-за отсутствия сброса избыточного газа в атмосферу, необходимости сжигания CO в циркуляционном газе до определенных пределов снижаются потери (угар) кокса.

При реализации способа сухого тушения в известной УСТК, состоящей из камеры тушения, системы загрузки и выгрузки кокса, системы циркуляции охлаждающего агента, системы отвода избыточного газа охлаждающего агента, согласно заявленному способу избыточный газ, отобранный из свечи дымососа, очищают от пыли, накапливают и передают в газопровод доменного (бедного) газа.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности УСТК за счет:

1. Снижения угара (потерь) кокса при охлаждении за счет снижения объема воздуха, подаваемого в кольцевой канал для уменьшения содержания CO в газе.

2. Снижения вредных выбросов при использовании УСТК.

3. Снижения влияния охлаждающего агента на физико-химические и механические свойства кокса.

4. Возможности применения избыточного циркуляционного газа в качестве источника тепловой и химической энергии.

Влияние газа на свойства кокса согласуется с количеством кислорода воздуха, поступающего в газовый тракт, и взаимодействием в зоне реакции - циркуляционного газа и горячего кокса. Кислород и углекислый газ реагируют на сильно развитой поверхности кокса, глубоко проникая внутрь куска и ослабляя его структуру, уменьшая толщину стенок пор и каналов материала кокса [4]. При многократной циркуляции газов и соприкосновения его с углеродом кокса, содержание CO увеличивается. В течение определенного времени, при обеспечении герметичности системы устанавливается равновесие, характеризующееся константой - K_p [5].

В частном варианте выполнения способа сухого тушения кокса, при наличии на УСТК нескольких блоков камера-котел, газ собирается в коллектор, может обогащаться топливом (коксовым или природным газом), быть подвергнут дополнительной очистке и накапливаться в газгольдере.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ сухого тушения кокса отличается тем, что при отводе избыточного охлаждающего агента из системы циркуляции газа УСТК в газопровод доменного газа реализуется возможность снижения угара (потерь) и улучшения качественных показателей кокса.

Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна». Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области, т.е. металлургии, позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявленном способе сухого тушения кокса, и признать заявляемое решение соответствующим критерию «существенные отличия».

Установка сухого тушения кокса, состоящая из одного блока (моноблок) изображена на Фиг.1. Установка содержит: камеру тушения 1, камеру накопления горячего кокса 2, пылеосадительный бункер 4, котел-утилизатор 5, циклоны 6, дымосос 7, сбросную свечу 8 с регулятором 9, датчик давления в камере накопителе 10, пневмотранспорт удаления пыли 11, запорный клапан 12 сбросной свечи, пылеочистное оборудование 13, нагнетатель 14 для передачи избыточного газа, загрузочное устройство 15, разгрузочное устройство 16.

Учитывая, что обычно установка сухого тушения кокса представлена несколькими блоками камера-котел, на Фиг.2 изображена схема многоблочной УСТК, согласно которой блоки 3, через пылеочистное оборудование 13, регуляторы давления 9 объединяют и передают избыточный газ в коллектор 17, через регулятор 18 поддержания положительного давления в коллекторе, газовый нагнетатель 14, дополнительное оборудование для очистки газа от пыли 19 (сухая или мокрая очистка). Газ передается в газопровод доменного (бедного) газа 20.

В частном варианте выполнения способа сухого тушения кокса для накопления возможна установка газгольдера 21, для стабилизации калорийности избыточного газа установка калориметра 23 и подачи дополнительного газа (коксового или природного) 22.

Работа заявляемого способа сухого тушения кокса (см. Фиг.1) осуществляется следующим образом. Кокс, выдаваемый из коксовых печей в вагон с помощью подъемника (на чертеже не показано), поднимается и выгружается через загрузочное устройство 15 в камеру накопления кокса 2, по мере выгрузки кокса из разгрузочного устройства 16, кокс из камеры накопления 2 опускается в камеру тушения 1. При этом охлаждающий агент (циркулирующий газ) с помощью дымососа 7, через дутьевое устройство камеры (на чертеже не показано) под давлением подается в камеру. По мере движения снизу вверх навстречу потоку кокса газ нагревается до температуры 750-800°C. При выходе из камеры, при прохождении газа через пылеосадительный бункер 4, отделяется коксовая пыль и мелочь, затем газ поступает в котел-утилизатор 5, где происходит его охлаждение, затем в циклонах 6 происходит окончательное отделение пыли (мелкие фракции), дымососом 7 возвращается в нижнюю часть камеры тушения. Удаление пыли от пылеосадительного бункера 4 и циклонов 6 осуществляется пневмотранспортом 11. Избыточное количество газа через свечу 8 после дымососа 7, попадает в дополнительное пылеочистное оборудование 13. Регулирование количества избыточного охлаждающего агента, отводимого в газопровод доменного газа, осуществляется регулятором 9. При этом свеча (и) отсекается от сообщения с атмосферой запорным клапаном 12. Газ собирается в коллекторе 17 (см. Фиг.2). Для обеспечения безопасности процесса регулятором 18 в коллекторе поддерживается положительное давление. Затем с помощью нагнетателя 14 газ передается на дополнительную очистку от пыли 19 (сухую или мокрую), затем - в газопровод доменного газа 20 для дальнейшего использования на металлургической площадке или площадке коксохимического производства (обогрев коксовых печей).

В частном варианте газ накапливается в газгольдере 21, для стабилизации калорийности избыточного теплоносителя в газопровод подводится топливо 22 с более высокой калорийностью (коксовый или природный газ), калорийность смеси контролируется калориметром 23.

Применение данного способа сухого тушения кокса позволит в значительной степени увеличить эффективность технологии УСТК за счет снижения угара кокса, повышения его механических и физико-химических свойств, устранить выбросы вредных компонентов циркулирующего газа - пыли, CO.

Источники информации

1. Инструкция по пуску и эксплуатации установок сухого тушения кокса «Гипрококс», Харьков 1987 г., стр. 8, стр.45-47.

2. Патент 2391379 «Способ сухого тушения кокса». Приор. 20.11.2008 г., опубл. 10.06.2010.

3. Патент 2377273 «Установка и способ сухого тушения кокса». Приор. 09.07.2008 г., опубл. 27.12.2009.

4. Сытенко И.В., Лобов А.А. и др. - Кокс и химия,1982, №9, с.19-20.

5. Теплицкий М.Г., и др. Сухое тушение кокса. М., Металлургия. 1971. с.124-125.