Вертикальная камерная печь для термообработки твердого топлива

 

Изобретение относится к области термической переработки различных твердых углеродсодержащих топлив и может быть использовано в металлургической и коксохимической промышленности. Печь, имеющая зоны сушки, прокалки и охлаждения, содержит корпус с камерой термообработки, газоотводящие окна и газосборный канал, выполненные в корпусе в нижней части камеры термообработки, нагревательные каналы с огнеупорным перекрытием, при этом камера термообработки в зоне сушки имеет дополнительные верхние газоотводящие окна, соединенные с верхним газосборным каналом и выполненные в виде горизонтального ряда, где суммарная ширина газоотводящих окон составляет (12-33,3)% от длины камеры в этой зоне. Изобретение позволяет повысить производительность печи и улучшить экологию процесса. 2 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области термической переработки различных твердых углеродсодержащих топлив, например, нефтяного кокса и угля. Может быть использовано в металлургической и коксохимической промышленности.

Известны вертикальные непрерывно действующие печи с косвенным нагревом твердого топлива через огнеупорную стенку, разделяющую камеру термообработки и нагревательную систему (авт. св. 1518347, патенты 2039786, 2058991, 2091426, 2139909).

Все эти печи имеют зоны сушки, прокалки и охлаждения. Общее между ними - расположение газоотводящих окон в нижней зоне камеры термообработки. Конструкции этих печей отличаются, в основном, варьированием размеров зон, а также расположением нижних отводящих окон. Недостатками известных печей является то, что в условиях переработки мелкого сырья с высоким содержанием летучих веществ (до 15%) в верхних зонах печи наблюдается повышенное (до 120 мм вод. ст.) давление. Конструкция и технология нижнего газоотвода из камеры не обеспечивают отсутствие газовых выбросов в атмосферу и в рабочую зону, сдерживают производительность печи.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции печи по технической сущности является конструкция вертикальной печи для термообработки твердого топлива, имеющая зоны сушки, прокалки и охлаждения и включающая корпус с камерой термообработки, газоотводящие окна и газосборный канал, выполненные в корпусе в нижней части камеры термообработки, и нагревательные каналы с огнеупорным перекрытием (патент РФ 2058991).

Отвод парогазовых продуктов в такой печи осуществляется прямоточно по отношению к обрабатываемому материалу из нижней зоны камеры термообработки. Парогазовая смесь удаляется в газосборный канал через газоотводящие окна.

Недостатком известной печи является то, что отвод парогазовых продуктов только из нижней зоны камеры термообработки приводит к образованию повышенного давления в верхней части печи до 120 мм вод. ст., а это вызывает загазованность атмосферы и рабочих площадок, потерю камерного продукционного газа. Кроме того, направление относительно холодного газа и водяных паров сырья, образующихся в верхних зонах, в нижнюю наиболее нагретую часть камеры повышает расход тепла на процесс и снижает производительность печи.

Технический результат изобретения - повышение производительности печи и улучшение экологии процесса.

Для достижения технического результата в вертикальной печи для термообработки твердого топлива, имеющей зоны сушки, прокалки и охлаждения и включающей корпус с камерой термообработки, газоотводящие окна и газосборный канал, выполненные в корпусе в нижней части камеры термообработки, и нагревательные каналы с огнеупорным перекрытием, камера термообработки в зоне сушки имеет дополнительные верхние газоотводящие окна, соединенные с верхним газосборным каналом, выполненным в огнеупорном перекрытии, причем дополнительные газоотводящие окна выполнены в виде горизонтального ряда, где суммарная ширина газоотводящих окон составляет 12-33,3% от длины камеры в этой зоне.

Существенным отличием предлагаемой печи является наличие в камере термообработки дополнительного верхнего газоотвода, состоящего из газоотводящих окон и газосборного канала.

Особенностью предложенной конструкции является выполнение дополнительных газоотводящих окон в виде горизонтального ряда вдоль всей длины камеры термообработки. Распределение окон по длине камеры позволяет снизить гидравлическое сопротивление при газоотсосе, уменьшить скорость движения газа, а значит и пылевынос из камеры термообработки.

Существенным отличием предлагаемого изобретения является конкретизация суммарной ширины газоотводящих окон от 12 до 33,3% по отношению к длине камеры в этой зоне.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 схематично изображена в виде разреза предлагаемая вертикальная печь.

Вертикальная печь для термообработки твердого топлива имеет три зоны (сушки, прокалки и охлаждения) и включает корпус 1 из огнеупорного материала, камеры термообработки 2 и вертикальные нагревательные каналы 3, выполненные в корпусе с обеих сторон камер.

Печь имеет нижний газосборный канал 4, который через нижние газоотводящие окна 5 соединен в зоне охлаждения с камерой термообработки 2. В перекрытии 6 нагревательных каналов 3 выполнен верхний газоотвод 8, который через дополнительные верхние газоотводящие окна 7 соединен в зоне сушки с камерой термообработки 2.

Дополнительные верхние газоотводящие окна выполнены в виде горизонтального ряда, где суммарная ширина газоотводящих окон составляет 12-33,3% от длины камеры в этой зоне: l•n/L=12-33,3%, где l - ширина одного газоотводящего окна; n - количество окон; L - длина камеры в зоне сушки.

Печь работает следующим образом.

Твердое топливо, например нефтяной кокс крупностью (0 - 100) мм, продвигается в камере термообработки 2 сверху вниз под действием силы тяжести, где оно подвергается нагреву и прокалке за счет тепла от сжигания газа в нагревательных каналах 3. При этом происходит выделение летучих веществ из кокса и его прокалка.

Парогазовая смесь удаляется из камеры термообработки 2 через газоотводящие окна 5 и 7 в газосборные каналы 4 и 8 за счет разрежения, создаваемого на выходе из печи газодувками. При этом основная масса летучих веществ (до 75%) удаляется через верхний газосборный канал 8, а меньшая их часть (25%) выводится через нижний газосборный канал 4.

Организация в печи дополнительного верхнего газоотвода позволяет отвести основную массу летучих продуктов из зоны максимального паро- и газовыделения, соответствующей температурам (100-600)^oC. В прототипе же все летучие продукты выводятся внизу печи после прохождения зоны максимальных температур (1100-1200)^oC. При этом за счет теплового подпора давление в верхней зоне камеры достигает (100-120) мм вод. ст. при нормируемой величине не более 60 мм вод. ст.

Через верхний газоотвод эвакуируется и значительная часть содержащейся в сырье влаги (оценочно, не менее 60%). Это приводит к снижению затрат тепла на осуществление эндотермических реакций с участием водяного пара, а также повышению температуры в верхних зонах за счет организации противоточного движения горячего газа на встречу опускающемуся материалу. Кроме того, при верхнем отборе снижаются температура выводимого из печи газа (с 800 до 300^oС) и, следовательно, потери с ним физического тепла. Расчет показывает, что экономия тепла в этом случае по сравнению с прототипом составляет примерно 3% от общих затрат тепла на процесс.

Опробование предложенной конструкции печи было выполнено в опытно-промышленных условиях в течение двухмесячного пробега. Термообработке подвергался нефтяной кокс крупностью (0-100) мм следующей характеристики: Влажность, % - 8,5 Летучие, % - 10,2 Зольность, % - 0,3 Заявленный интервал соотношения суммарной ширины верхних газоотводящих окон к длине камеры в этой зоне определяется, с одной стороны, необходимостью максимально увеличить газоотводящую поверхность, а с другой стороны, сохранить жесткость и надежность конструкции печи. Опыты на моделях показали, что вертикальная жесткость такой печи сохраняется при условии, если суммарное сечение горизонтальных окон не превышает 33,3% от длины камеры.

В таблице 1 приведены данные по результатам опытов на моделях печей, которые позволили обосновать минимальную величину суммарного сечения газоотводящих окон - 12% по отношению к длине камеры в зоне сушки. Минимум заявленного интервала соответствует технологическому нормативу по давлению (60 мм вод. ст.) и существенному увеличению выхода продукционного газа.

Технологический режим термообработки кокса в печи в период эксплуатации был следующий: производительность по сырью, т/сут - 6,7,
температура в нагревательных каналах, ^oС - 1240,
соотношение l-n/L (см. фиг.1), % - 26.

Основные результаты испытаний представлены в таблице 2.

По сравнению с прототипом предложенная конструкция вертикальной камерной печи для термообработки твердого топлива позволяет улучшить основные технико-экономические показатели данного агрегата, увеличить производительность печи по продуктам и повысить на 5% ее тепловой коэффициент полезного действия. Одновременно улучшаются экологические условия эксплуатации такой печи за счет снижения газовых выбросов в атмосферу и на рабочие площадки.

Формула изобретения

Вертикальная камерная печь для термообработки твердого топлива, имеющая зоны сушки, прокалки и охлаждения, включающая корпус с камерой термообработки, газоотводящие окна и газосборный канал, выполненные в корпусе в нижней части камеры термообработки, нагревательные каналы с огнеупорным перекрытием, отличающаяся тем, что камера термообработки в зоне сушки имеет дополнительные верхние газоотводящие окна, соединенные с верхним газосборным каналом и выполненные в виде горизонтального ряда, где суммарная ширина газоотводящих окон составляет (12-33,3)% от длины камеры в этой зоне.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4