Способ охлаждения кокса, полученного методом термоокислительного коксования на цепной колосниковой решетке

Способ относится к термохимической переработке топлива и может быть использован во всех отраслях промышленности, применяющих в технологических процессах произведенный из твердого топлива кокс, а также в энергетике, и направлен на рациональное использование твердого топлива. Способ охлаждения кокса, полученного методом термоокислительного коксования на цепной колосниковой решетке, включает дозирование топлива на цепную колосниковую решетку, являющуюся подом разогретого муфельного или топочного пространства, подачу воздуха через слой топлива для сжигания летучих веществ и собственно процесс коксообразования. Коксование осуществляют на первых двух третях колосниковой решетки, а охлаждение кокса - непосредственно на хвостовой части цепной колосниковой решетки рециркулирующими продуктами сгорания летучих веществ с утилизацией полученного тепла для получения вторичных энергоносителей бытового и производственного назначения, отвод и очистку продуктов сгорания, охлаждение полученного кокса. Изобретение позволяет получать кокс лучшего качества за счет снятия проблемы содержания в нем балласта (влаги) и дополнительной утилизации более 30% потенциального тепла исходного топлива. 1 ил.

 

Способ относится к термохимической переработке топлива и может быть использован во всех отраслях промышленности, применяющих в технологических процессах произведенный из твердого топлива кокс, а также в энергетике, и направлен на рациональное использование твердого топлива.

Наличие постоянно нарастающего дефицита коксующихся углей требует организации производства кокса из неспекающихся, энергетических углей. Такой кокс с повышенной реакционной способностью более предпочтителен для использования практически во всех технологических процессах, где требуется присутствие углеродистого восстановителя и источника тепла, чем кокс, получаемый методом традиционного слоевого коксования из коксующихся углей. Исключение составляют только процессы, связанные, как правило, с использованием шахтных печей, выдвигающих жесткие требования к прочности и пониженной реакционной способности кокса (доменное, литейное производства, получение минеральной ваты), а также электродное производство.

Перспективным считается процесс производства кокса с повышенной реакционной способностью из неспекающихся, энергетических углей путем коксования кусковых углей на цепных колосниковых решетках (ЦКР) в автотермическом режиме, характеризующийся высокой интенсивностью и низкими капитальными вложениями. Наиболее узким местом технологии является способ тушения полученного кокса.

Известен способ тушения кокса, производимого методом термоокислительного коксования на ЦКР, реализованный в опытно-промышленно масштабе на действующих котельных агрегатах ДКВР 10/13 в гг. Кемерово (Центральная котельная Рудничного района, 1971 г.), Мыски (котельная завода по ремонту шахтного оборудования, 1973 г.), Караганда (котельная МПЗ «Трансэнерго», 2005 г.); ([Сысков К.И., Машенков О.Н. Термоокислительное коксование углей. - М.: Металлургия, 1973, - 176 с.; М.Ф.Калинин, С.В.Виноградов, А.А.Суворов и К.И.Сысков. Опыт промышленного коксования углей на цепных колосниковых решетках // Кокс и химия. 1974. №4. С.14-16; В.М.Страхов, Б.А.Святов, Н.П.Головачев и др. Технология производства кокса из углей Шубаркульского разреза. Оценка его качества как углеродистого восстановителя для выплавки ферросплавов // Кокс и химия. 2004. №10. С.16-20]). В Кемерово и Мысках ЦКР имела ширину 2,36 м, длину 6,5 м; в Караганде площадь решетки составляла 5,6 м². Скорость движения решетки находилась в пределах 9-12 м/ч. Для углей марок Г толщина слоя на решетке составляла 80-120 мм, для угля марки СС - 170-200 мм. Полученный на решетке кокс поступает в скребковый конвейер, заполненный водой, где в водяной ванне и производится охлаждение и тушение кокса.

Недостатком известного решения является осуществление охлаждения кокса за счет непосредственного контакта с водой (в водяной ванне). Это приводит к дополнительному измельчению кокса за счет термического удара, чрезвычайно высокому влагосодержанию кокса (до 20%), получению загрязненных нагретых сточных вод, потере потенциального тепла исходного топлива с раскаленным коксом (35-40% от общего количества выделяющегося тепла).

Наиболее близким из известных технических решений к описываемому является тушение кокса, получаемого фирмой Shawingen Chemicals на заводе в г.Шавинген Фолз [К.И.Сысков, С.В.Виноградов. Производство специальных видов кокса на цепных колосниковых решетках // Кокс и химия. 1975. №1. С.52-54. Пат. США. №2209255, 1939]. Кусковой уголь с выходом летучих веществ 38% подается на колосниковую решетку, составленную из чугунных колосников, имеющую скорость движения 12-36 м/ч и активную площадь 16,5 м² (ширина 3 м, длина 5,5 м).

Коксование на цепной колосниковой решетке осуществляется в предварительно разогретой до 1100-1200°С топке. Воздух подается вентилятором через 12 (6 - по длине и 2 - по ширине) дутьевых камер (в каждую камеру независимо). Тепло, необходимое для коксования угля, получается от сгорания летучих веществ, выделяющихся из угля в процессе его нагрева. Потенциальное тепло угля практически одинаково распределяется между коксом (46,6%) и газом (47,6%).

Готовый кокс ссыпается с решетки в тушильный желоб, на дне которого находился шнек с охлаждаемым водой валом и стеллитовым полотном. Охлаждение и тушение кокса осуществляется путем подачи воды через форсунки на слой горячего кокса. Охлажденный кокс шнековым питателем подается на конвейер, далее на сортировку и в накопительные бункера для отгрузки потребителям.

Недостатком данного решения является осуществление охлаждения кокса за счет непосредственного контакта с водой. Это приводит к дополнительному измельчению кокса за счет термического удара, высокому влагосодержанию кокса (до 4-5%), получению загрязненных нагретых сточных вод, потере потенциального тепла исходного топлива с раскаленным коксом (35-40% от общего количества выделяющегося тепла), повышенному угару кокса (3-5%).

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности способа охлаждения кокса, полученного методом термоокислительного коксования на цепной колосниковой решетке путем устранения перечисленных выше недостатков за счет уменьшения термических напряжений при охлаждении дымовыми газами кокса (сухое тушение), снятия проблемы содержания в нем балласта (влаги) и дополнительной утилизации более 30% потенциального тепла исходного топлива.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе термоокислительного коксования твердого топлива на цепной колосниковой решетке охлаждение кокса осуществляется непосредственно на хвостовой части цепной колосниковой решетки рециркулирующими продуктами сгорания летучих веществ с утилизацией полученного тепла для получения вторичных энергоносителей бытового и производственного назначения.

Исследования показали, что процесс коксообразования завершается на 2/3 длины решетки (см. чертеж), и для снижения конечной температуры кокса до уровня, безопасного для эксплуатации транспортерных линий, вполне достаточно хвостовой части ЦКР. На чертеже показано распределение температур по длине решетки: 1 - при толщине слоя загрузки 200 мм; 2 - 250 мм; 3 - 300 мм.

Мелкие классы исходного топлива собираются в бункер и используются в котельных агрегатах, работающих в режиме полного сжигания угля. Из расходного бункера сортированный уголь через секторный затвор поступает в предварительно разогретую до 1200-1250°С топочную камеру объемом 78 м³ на цепную колосниковую решетку (ЦКР) прямого хода типа ТЧ, шириной 2,7 м и длиной 6,5 м. Активная площадь колосниковой решетки, передвигающейся со скоростью, регулируемой в пределах 0,001-0,01 м/с, составляет 15,5 м².

Уголь располагается на ЦКР слоем высотой 0,15-0,20 м, через который воздух, подаваемый вентилятором ВДН-12,5, поступает на протяжении двух первых третей цепной колосниковой решетки в количестве, необходимом для полного сжигания выделяющихся из угля летучих веществ, а образующийся в конце второй трети цепной колосниковой решетки кокс охлаждается до температуры ˜250°С рециркулирующими продуктами горения летучих веществ, отсасываемыми после их очистки в батарейном циклоне и подаваемыми в необходимом количестве в третью дутьевую зону (последняя треть цепной колосниковой решетки) дымососом ДН-17. Под решеткой располагаются три ряда дутьевых камер, которые соответственно делят поверхность колосниковой решетки на три дутьевые зоны протяженностью по два метра каждая.

Избыточное тепло отходящих из двух дутьевых зон продуктов горения летучих веществ и тепло охлаждения кокса используется для получения пара или горячей воды. Полученный кокс ссыпается с ЦКР в приемный бункер и ленточным транспортером передается на грохот склада кокса, где разделяется на классы +10 и -10 мм, которые размещаются в соответствующих бункерах склада кокса для отгрузки потребителям.

Пример. На цепной колосниковой решетке промышленного котельного агрегата проводили термоокислительное коксование угля марки Д. При использовании предлагаемого способа средний размер куска полученного кокса оказался более чем в 1,5 раза оказался больше, чем при режиме с охлаждением кокса водой, более чем в 40 раз уменьшилась влага товарного продукта. Увеличение выхода крупных классов, имеющих более высокую стоимость, обеспечивает получение более высокой прибыли, а снижение влаги позволяет более рационально использовать транспортные средства при доставке кокса потребителю. Использование тепла раскаленного кокса позволило увеличить производство пара на котельном агрегате для производственных и бытовых нужд.

Качественные показатели кокса, полученные при использовании наиболее близкого технического решения и предлагаемого способа тушения кокса

Способ тушения кокса	Марка угля	Средн. крупн. куска угля (Dcp угля), мм	Средн. крупн. куска кокса (Dср кокса), мм	Dcp угля/Dср кокса	Влага кокса (Wr t), %
Предлагаемый	Длинно-пламенный	24,1	12,9	1,86	0,5
Наиболее близкое техн. решение	Длинно-пламенный	28,5	8,0	3,56	21,1

Способ охлаждения кокса, полученного методом термоокислительного коксования на цепной колосниковой решетке, включающий дозирование топлива на цепную колосниковую решетку, являющуюся подом разогретого муфельного или топочного пространства, подачу через слой топлива воздуха для сжигания летучих веществ, выделяющихся из топлива, коксообразование, отвод и очистку продуктов сгорания, охлаждение полученного кокса, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества кокса, энергосбережения и снижения загрязнения окружающей среды, подача воздуха через слой топлива для сжигания летучих веществ и собственно процесс коксообразования осуществляются на первых двух третях колосниковой решетки, а полученый кокс охлаждается непосредственно на хвостовой части цепной колосниковой решетки рециркулирующими продуктами сгорания летучих веществ с утилизацией полученного тепла для получения вторичных энергоносителей бытового и производственного назначения.