Коксовая печь с улучшенными тепловыми свойствами
Изобретение может быть использовано в коксохимической промышленности. Коксовая печь 1 горизонтальной конструкции без рекуперации или с рекуперацией тепла состоит из по меньшей мере одной камеры 5 коксования, расположенных по бокам вертикальных каналов 11 нисходящего потока, донных газоходов 8, расположенных горизонтально и проходящих снизу камеры 5 коксования для непрямого подогрева. По меньшей мере часть внутренних стенок 3 камеры 5 коксования сформирована как вторичные греющие поверхности путем нанесения на них высокоизлучающего покрытия (НЕВ), степень излучения которого больше или равна 0,9, состоящего из Сr2О3 или Fе2O3, или из смеси, содержащей по меньшей мере 25 мас.% Fe2O3, и, по меньшей мере, 20 мас.% Cr2О3. Третичные греющие элементы 12 расположены в свободном пространстве печи 1, не предназначенном для заполнения углем 7, и состоят из веществ, образующих НЕВ. Элементы 12 могут быть выполнены, например, в виде подвесных ребер или стенок с отверстиями и подвешены на держателях 13, вмонтированных в стенку 3 и/или верх 2 печи 1. Карбонизацию угля 7 в печи 1 проводят при средней температуре 1000-1400°С. Изобретение позволяет сократить время карбонизации за счет улучшения условий излучения в камере 5 печи 1. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к коксовой печи горизонтальной конструкции (типа без рекуперации/с рекуперацией тепла), в которой по меньшей мере часть внутренних стенок камеры коксования сформированы как вторичные греющие поверхности путем нанесения на них высокоизлучающего покрытия (НЕВ), причем степень излучения этого высокоизлучающего покрытия больше или равна 0,9. Такое НЕВ предпочтительно состоит из веществ Cr2O3 или Fe2O3, или из смеси, содержащей любое одно из этих веществ, с долей Fe2O3, составляющей по меньшей мере 25% мас. от смеси и с долей Cr2O3, составляющей по меньшей мере 20% мас. от смеси.
Коксовые печи горизонтальной конструкции известны из предшествующего уровня техники и они часто используются. Примеры таких коксовых печей описаны в US 4111757, US 4344829, US 6596129 B2 или DE 69106312 T2. Обзор кокосовых печей и распространенных типов конструкций дан W.E. Buss et al. В Iron and Steel Engineer, 33-38, January 1999.
Они характеризуются тем, что подвод требуемой энергии частично осуществляется непосредственно путем сжигания легколетучих составляющих угля в свободном пространстве печи выше угольного пирога или от загрузки угля. Другую часть энергии для коксования вносят через стенки, обогреваемые топочным газом с их оборотной стороны, и через пол камеры в угольный пирог или в загрузку угля.
За счет прямого воздействия энергии рост в толщину верхнего слоя карбонизированного кокса является самым быстрым. Поэтому карбонизированные слои, которые растут параллельно стенкам или от дна и параллельно полу камеры, к концу времени коксования являются менее толстыми, чем верхний слой.
Из предшествующего уровня техники известны различные подходы, предназначенные для того, чтобы сократить время коксования угля. Повышение температуры в камере коксования, которое должно было вызвать ускорение процесса коксования, приводит к более высокой потере химических веществ угля и, как правило, невозможно по причинам, относящимся к материалам. Поэтому предпочтение было отдано попыткам улучшить непрямую передачу тепла через стенки и пол камеры, например, способом, описанным в DE 102006026521.
Для отличающихся конструктивно горизонтальных камерных печей европейский патент ЕР 0742276 В1 описывает способ улучшения теплопередачи от параллельных отопительных каналов снаружи рабочего пространства печи к загрузке угля. Согласно этому способу поверхности отопительных каналов, проходящих параллельно камере коксовой печи, нанесено такое покрытие, что они могут действовать как черное тело, улучшая таким образом теплопередачу через стену.
Существует еще, однако, потребность уменьшить время коксования и тем самым улучшить экономическую эффективность этого способа.
Эта задача решается в коксовых печах горизонтальной конструкции (типа без рекуперации/с рекуперацией тепла), которые описаны в независимом пункте формулы изобретения. Эта коксовая печь состоит из по меньшей мере одной камеры коксования, расположенных по бокам вертикальных каналов нисходящего потока, а также донных газоходов, расположенных горизонтально и проходящих снизу камеры коксования для непрямого подогрева камеры коксования, с по меньшей мере частью внутренних стенок камеры коксования сформированных как вторичные греющие поверхности путем нанесения на них высокоизлучающего покрытия (НЕВ), причем степень излучения этого высокоизлучающего покрытия больше или равна 0,9.
Этот НЕВ предпочтительно состоит из веществ Cr2O3 или Fe2O3 или из смеси, содержащей любое одно из этих веществ, с долей Fe2O3, составляющей по меньшей мере 25% мас. от смеси и с долей Cr2O3, составляющей по меньшей мере 20% мас. от смеси. Альтернативно НЕВ может также содержать SiC с долей в по меньшей мере 20% мас. Обзор состояния технологии покрытия стенок печей для улучшения отражения тепла дан M. Schulte et al. В Stahl und Eisen, 110(3), 99-104, 1990.
В улучшенном варианте этой коксовой печи НЕВ дополнительно содержит одно или несколько из минеральных связующих агентов. Было также найдено, что составляющие НЕВ должны иметь особый размер зерен, который меньше или равен 15 мкм и который оптимально укладывается в интервал между 2,5 и 10 мкм.
С помощью НЕВ условия излучения в камере коксовой печи существенно улучшаются и быстрый процесс коксования от верха ко дну дополнительно ускоряется.
Коксовая печь может быть дополнительно улучшена путем частичного или полного покрытия стенок каналов топочного газа, проходящих горизонтально под камерой коксования, НЕВ любого состава, которые описаны здесь выше, улучшающим тем самым непрямой подвод тепла через пол камеры коксовой печи.
Предложен другой дополнительно улучшенный вариант, заключающийся в том, что один или несколько греющих элементов, так называемых "третичных греющих элементов", располагают в свободном пространстве печи, которое при намечаемой работе коксовой печи не предназначено для заполнения твердым материалом, причем указанные нагревательные элементы могут также состоять из или быть сформированы полностью из веществ, которые образуют НЕВ.
Третичные нагревательные элементы могут иметь любую форму и оптимально формируются в виде подвесных ребер или подвесных стенок. Третичные нагревательные элементы могут быть дополнительно улучшены путем изготовления отверстий в нагревательных элементах.
В принципе третичные нагревательные элементы могут быть любым образом закреплены в камере печи. Оптимально третичные нагревательные элементы являются съемно подвешенными в подходящих держателях, причем эти держатели вмонтированы в стенку и/или в верх (свод) коксовой камеры. При этом имеется преимущество в том, что третичные нагревательные элементы могут быть легче сняты, когда в камере коксовой печи должны проводиться работы, таким образом избегают передачи расширения кирпичной кладке печи.
Другой улучшенный вариант коксовой печи заключается в согласовании маршрута газа с положением третичных нагревательных элементов. Так, когда камера коксования разделена третичными нагревательными элементами на секции, по меньшей мере один из воздуховодов введен в каждую из этих секций, и один или два канала нисходящего потока выходят из каждой из этих секции.
Настоящее изобретение охватывает также способ получения кокса путем ввода в действие описанной коксовой печи с использованием одного из вариантов осуществления. Как правило, множество описанных коксовых печей работают более или менее параллельно.
Согласно особо подходящему варианту способа предлагается, чтобы температура в камере коксования во время процесса коксования составляла в среднем от 1000 до 1400°С. Эта температура может быть также превышена на короткие периоды времени.
Фиг.1 показывает осуществление коксовой печи по изобретению в разрезе. Коксовая печь 1 состоит из верха (свода) 2 печи 2, стенок 3 печи и пола 4 печи, которые определяют камеру 5 печи. Воздуховод 6, который представлен пунктирными линиями, ведет в камеру 5 печи. Загрузка 7 угля расположена на полу 4 печи и каналы 8 топочного газа проходят под полом 4 печи. В поперечном сечении показаны также воздуховоды 10, проложенные в основании 9 печи, которые делают возможным прохождение воздуха в каналы 8 топочного газа.
Вырабатываемые во время карбонизации угля газы могут быть выведены через вертикальные каналы 11 нисходящего потока, которые проходят в стенках 3 печи от свободного пространства зала печи 5 к горизонтальным каналам 8 топочного газа, проходящим под полом 4 печи.
Внутренние поверхности камеры 5 печи снабжены НЕВ, который состоит из Cr2О3, Fe2О3 и SiC в равных долях. Эти НЕВ внутренних стенок, ставших в результате вторичными греющими поверхностями, не показаны более подробно. Кроме того в камере 5 печи смонтированы вертикально и параллельно друг другу греющие элементы 12, третичные греющие поверхности, которые в общем и целом заполняют свободное поперечное сечение выше загрузки 7 угля. Нагревательные элементы 12 прикреплены к поддерживающим элементам 13, которые в показанном здесь случае имеют форму стеновых и потолочных анкеров. В показанном примере небольшой периферический проход 14 оставлен между поверхностями внутренней стенки камеры 5 печи 5, загрузкой 7 угля и внешней кромкой греющего элемента 12 для того, чтобы сделать возможной горизонтальную конвекцию в камере 5 печи и предотвратить повреждение материалов вследствие различий в характеристиках расширения частей конструкции.
Нанесением покрытия на все поверхности, не контактирующие с загрузкой угля, и дополнительными излучающими поверхностями, которые введены третичными греющими поверхностями в зале печи, сумели добиться заметного улучшения условий излучения в камере печи, что соответственно привело к сокращению времени карбонизации угля.
Перечень численных обозначений
| 1 | Коксовая печь |
| 2 | Верх печи |
| 3 | Стенка печи |
| 4 | Пол печи |
| 5 | Камера печи |
| 6 | Сеть воздуховодов |
| 7 | Загрузка угля |
| 8 | Каналы топочного газа |
| 9 | Основание печи |
| 10 | Сеть воздуховодов |
| 11 | Канал нисходящего потока |
| 12 | Греющий элемент |
| 13 | Поддерживающий элемент |
| 14 | Проход |
1. Коксовая печь горизонтальной конструкции, без рекуперации или с рекуперацией тепла, состоящая из по меньшей мере одной камеры коксования, расположенных по бокам вертикальных каналов нисходящего потока, а также донных газоходов, расположенных горизонтально и проходящих снизу камеры коксования для непрямого подогрева указанной камеры коксования, отличающаяся тем, что по меньшей мере часть внутренних стенок камеры коксования сформирована как вторичные греющие поверхности путем нанесения на внутренние стенки высокоизлучающего покрытия (НЕВ), причем степень излучения этого высокоизлучающего покрытия больше или равна 0,9.
2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что НЕВ состоит из Cr2О3 или Fе2О3, или из смеси, содержащей эти вещества, с долей Fе2О3, составляющей по меньшей мере 25 мас.% от смеси, и с долей Cr2О3, составляющей по меньшей мере 20 мас.% от смеси.
3. Печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что НЕВ дополнительно содержит SiC с долей по меньшей мере 20 мас.%.
4. Печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что НЕВ дополнительно содержит один или несколько из минеральных связующих агентов.
5. Печь по п.3, отличающаяся тем, что НЕВ дополнительно содержит один или несколько из минеральных связующих агентов.
6. Печь по пп.1, 2 или 5, отличающаяся тем, что размер зерна составляющих НЕВ компонентов меньше или равен 15 мкм и преимущественно входит в интервал между 2,5 и 10 мкм.
7. Печь по п.3, отличающаяся тем, что размер зерна составляющих НЕВ компонентов меньше или равен 15 мкм и преимущественно входит в интервал между 2,5 и 10 мкм.
8. Печь по п.4, отличающаяся тем, что размер зерна составляющих НЕВ компонентов меньше или равен 15 мкм и преимущественно входит в интервал между 2,5 и 10 мкм.
9. Печь по любому из пп.1, 2, 5, 7, 8, отличающаяся тем, что стенки каналов топочного газа, проходящих горизонтально под камерой коксования, частично или полностью покрыты НЕВ.
10. Печь по п.3, отличающаяся тем, что стенки каналов топочного газа, проходящих горизонтально под камерой коксования, частично или полностью покрыты НЕВ.
11. Печь по п.4, отличающаяся тем, что стенки каналов топочного газа, проходящих горизонтально под камерой коксования, частично или полностью покрыты НЕВ.
12. Печь по п.6, отличающаяся тем, что стенки каналов топочного газа, проходящих горизонтально под камерой коксования, частично или полностью покрыты НЕВ.
13. Печь по любому из пп.1, 2, 5, 7, 8, 10, 11, 12, отличающаяся тем, что один или несколько греющих элементов (третичных греющих элементов) расположены в свободном пространстве печи, которое при намечаемой работе коксовой печи не предназначено для заполнения твердым материалом, причем указанные элементы являются состоящими полностью из веществ, которые образуют упомянутый HEB.
14. Печь по п.6, отличающаяся тем, что один или несколько греющих элементов (третичных греющих элементов) расположены в свободном пространстве печи, которое при намечаемой работе коксовой печи не предназначено для заполнения твердым материалом, причем указанные элементы являются состоящими полностью из веществ, которые образуют упомянутый HEB.
15. Печь по п.9, отличающаяся тем, что один или несколько греющих элементов (третичных греющих элементов) расположены в свободном пространстве печи, которое при намечаемой работе коксовой печи не предназначено для заполнения твердым материалом, причем указанные элементы являются состоящими полностью из веществ, которые образуют упомянутый HEB.
16. Печь по п.13, отличающаяся тем, что третичные нагревательные элементы имеют любую форму, предпочтительно сформированы в виде подвесных ребер или подвесных стенок, при этом третичные нагревательные элементы при необходимости имеют отверстия в нагревательном элементе.
17. Печь по п.14, отличающаяся тем, что третичные нагревательные элементы имеют любую форму, предпочтительно сформированы в виде подвесных ребер или подвесных стенок, при этом третичные нагревательные элементы при необходимости имеют отверстия в нагревательном элементе.
18. Печь по п.15, отличающаяся тем, что третичные нагревательные элементы имеют любую форму, предпочтительно сформированы в виде подвесных ребер или подвесных стенок, при этом третичные нагревательные элементы при необходимости имеют отверстия в нагревательном элементе.
19. Печь по п.13, отличающаяся тем, что третичные нагревательные элементы выполнены съемными и подвешены в подходящих держателях, причем эти держатели вмонтированы в стенку и/или в верх камеры коксования печи.
20. Печь по п.16, отличающаяся тем, что третичные нагревательные элементы выполнены съемными и подвешены в подходящих держателях, причем эти держатели вмонтированы в стенку и/или в верх камеры коксования печи.
21. Печь по п.13, отличающаяся тем, что при разделении камеры коксования третичными нагревательными элементами на секции воздуховод входит в каждую из этих секций, и один или два канала нисходящего потока выходят из каждой из этих секций.
22. Печь по п.16, отличающаяся тем, что при разделении камеры коксования третичными нагревательными элементами на секции воздуховод входит в каждую из этих секций, и один или два канала нисходящего потока выходят из каждой из этих секций.
23. Печь по п.19, отличающаяся тем, что при разделении камеры коксования третичными нагревательными элементами на секции воздуховод входит в каждую из этих секций, и один или два канала нисходящего потока выходят из каждой из этих секций.
24. Способ получения кокса, в котором используют одну или несколько коксовых печей, выполненных по любому из пп.1-23.
25. Способ по п.24, отличающийся тем, что карбонизацию угля проводят при средней температуре в пространстве печи от 1000 до 1400°С.
