Способ отвода газообразных продуктов пиролиза угля из горизонтальных коксовых печей

Способ отвода газообразных продуктов пиролиза угля из горизонтальных коксовых печей

Реферат

Изобретение относится к области коксохимии, а именно к отводу газообразных продуктов пиролиза при термической обработке угля в горизонтальных коксовых печах, и может быть использовано при термической переработке других сыпучих материалов.

Известен способ слоевого коксования, в котором при загрузке коксовых печей угольной шихтой, из каждой печи выносится 15-25 кг угольной пыли и 70-200 м³ газа. Для эвакуации газов загрузки и сырого коксового газа, выделяемого в течение всего процесса коксования, на батарее коксовых печей устанавливают, по меньшей мере, по одному газосборнику с каждой стороны батареи, во избежание перетоков газов, ухудшающих состав газа и резко охлаждающих подсводное пространство коксовых печей, в газосборниках поддерживают одинаковый режим давлений. В газосборниках газы загрузки и сырой коксовый газ со всех печей коксовой батареи (за исключением выдаваемых или готовящихся к выдаче) смешиваются и охлаждаются аммиачной водой от температуры 700-800°С до 80-85°С. Сконденсировавшаяся смола и аммиачная вода, а также образовавшиеся фусы, через переточные ящики на концах газосборника, идут на переработку в отделение первичного охлаждения. Сырой коксовый газ с недоконденсировавшейся смолой, водой, аммиаком, бензольными углеводами, нафталином, сероводородом, цианистым водородом, пиридиновыми основаниями и другими веществами идет на их улавливание в комплекс специальных химических цехов [Е.Я.Эйдельман. Основы технологии коксования углей. Донецк, Высшая школа. Главное издательство, 1985 г., стр.191].

К недостаткам известного способа относятся сложность комплекса аппаратуры для улавливания и переработки химических продуктов коксования, безвозвратные потери тепла (до 30%) от затраченного тепла при охлаждении сырого коксового газа, что снижает термический КПД коксохимического производства, значительные выбросы компонентов коксового газа (в том числе канцерогенных - фенолов, цианидов и т.п.) в окружающую среду.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ отвода газообразных продуктов пиролиза угля из коксовых печей двухпродуктового коксохимического завода, в котором сырой коксовый газ со всеми несконденсировавшимися веществами, находящимися в парообразном состоянии, из коксовой печи, через специальный индивидуальный регулятор давлений, поступает в «горячий» газосборник, температура в котором достигает 800°С, «горячий» газосборник работает под пониженным давлением, аналогично системе PROven. Все коксовые печи батареи соединены с одним газосборником, из которого горячий сырой коксовый газ поступает в сборный газопровод горячего газа, где он смешивается с горячим сырым коксовым газом сопряженной коксовой батареи и транспортируется к камерам сжигания, где смешивается с воздухом и сжигается. Горячие продукты сгорания коксового газа поступают в теплообменную часть котлоагрегатов, где отдают тепло пароводяной эмульсии, проходящей по экранным трубам, переводя ее полностью в парообразное состояние для выработки электроэнергии в паровом турбогенераторе. После теплоотдачи в рабочей камере теплоагрегата, охлажденные газообразные продукты сгорания поступают в установку десульфурации, где улавливаются окислы серы (SO₂) раствором солей кальция с возможным получением гипса, как дополнительного товарного продукта. Охлажденные и обессеренные продукты сгорания коксового газа выбрасываются в атмосферу (Toll H., Worbarg R. (ФРГ) «Новейшие достижения в технологии производства кокса». Первый китайский международный конгресс по технологиям производства кокса).

Недостатками известного способа являются потребность в индивидуальном регулировании давления горячего сырого газа, выходящего из камер каждой коксовой печи, поступление в один газосборник сырого коксового газа и газов загрузки с большим количеством пыли, при этом в газосборнике отсутствует система водяного орошения, что может привести к осаждению пыли и увеличению гидравлического сопротивления газосборника, а полученный таким образом горячий сырой коксовый газ невозможно транспортировать для последующего термического использования, например, производства синтез-газа, из-за опасности образования твердых отложений на внутренней поверхности транспортирующего трубопровода, из-за чего происходят большие потери тепла коксового газа, отходящего из камер коксовых печей, необходимость на выходном участке газового тракта производить десульфацию дымовых газов для предотвращения выброса SO₂ в окружающую среду, невозможность выполнения технологии загрузки термически подготовленной шихты или сухой шихты из-за повышенного пылеуноса из камер коксования в горячий газосборник, большие материальные и капитальные затраты на коксовое производство и оборудование по очистке и переработке коксового газа.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа отвода газообразных продуктов пиролиза угля из горизонтальных коксовых печей, в котором в качестве горячего газосборника устанавливают по фронту коксовой батареи индивидуальные термоколлекторы, соединенные со сборным термоколлектором батареи, соединение каждого индивидуального термоколлектора с группой из одинакового количества коксовых печей батареи, подключение, в период выдачи и загрузки группы коксовых печей, соединенных с одним индивидуальным термоколлектором, к технологическому газосборнику, отключение индивидуального термоколлектора от сборного термоколлектора и отвод газа в этот период с коксовых печей в технологический газосборник, обеспечивают утилизацию тепла коксового газа (до 70%), отходящего из камер коксовых печей, этим обеспечивается сохранение необходимого количества горячего коксового газа, содержащего пары смолы и бензольных углеводов, для дальнейшей конверсии, сокращение неорганизованных выбросов, выполнение экологических требований для коксохимического производства без дополнительной переработки сточных вод и сбросовых газов, возможность универсального использования сырого коксового газа, или для получения синтез-газа, или для улавливания химических продуктов коксования, снижение материальных и капитальных затрат на коксовое производство и оборудование по очистке и переработке коксового газа, возможность выполнения любой технологии загрузки угольной шихты в камеры коксовых печей.

Поставленная задача решается тем, что в способе отвода газообразных продуктов пиролиза угля из горизонтальных коксовых печей коксовой батареи, включающем установку на одной стороне коксовых печей технологического газосборника, для поступления в него сырого газа пиролиза угля в период загрузки и выдачи из коксовых печей, а на другой стороне коксовых печей - «горячего» газосборника, в котором поддерживают температуру около 800°С, согласно изобретению предусмотрены следующие отличия:

- в качестве «горячего» газосборника устанавливают по фронту коксовой батареи индивидуальные термоколлекторы;

- индивидуальные термоколлекторы соединяют со сборным термоколлектором батареи;

- каждый индивидуальный термоколлектор соединяют с группой, преимущественно, одинакового количества коксовых печей батареи;

- группу коксовых печей, объединенных одним индивидуальным термоколлектором, в период выдачи и загрузки подключают к технологическому газосборнику, а индивидуальный термоколлектор отключают от сборного термоколлектора и в этот период газ из косовых печей отводят в технологический газосборник.

Кроме того, индивидуальный термоколлектор внутри футерован легковесным огнеупорным материалом; индивидуальный термоколлектор соединяют с коксовой печыо восходящим соединением с удлиненным газоотводным стояком коксовой печи; сырой коксовый газ из технологического газосборника после охлаждения, конденсации пара и смолы, осаждения пылевидных частиц, подают в сборный термоколлектор, где он смешивается с горячим коксовым газом; смесь горячего и очищенного охлажденного коксового газа, а также паров водосмольной эмульсии подают из сборного термоколлектора на конверсию или сжигание; водосмольную смесь, полученную из технологического газосборника после дешламации надсмольной воды, в подогретом состоянии до температуры 200-400°С, впрыскивают в сборный термоколлектор.

Сущность изобретения поясняется изображенной на чертеже технологической схемой отвода газообразных продуктов пиролиза угля из горизонтальных коксовых печей.

Технологическая схема выполнения способа содержит батарею коксовых печей 1, футерованный индивидуальный термоколлектор 2, запорные устройства для газа, технологический газосборник 4, газоотводный стояк 5 коксовой печи 1, технологический стояк 6, сборный термоколлектор 7, установку 8 конверсии газообразных продуктов пиролиза угля.

Способ выполняют следующим образом.

Для выполнения способа отвода горячих газообразных продуктов пиролиза угля с температурой до 800°С, из камер коксовых печей для возможной последующей конверсии в синтез-газ или для сжигания в котельных установках теплоэлектростанций, на одной стороне батареи коксовых печей устанавливают традиционный технологический газосборник 4 с встроенными клапанными коробками, на орошение газосборника 4 и клапанных коробок подают горячую надсмольную воду. Гидравлический режим в газосборнике 4 поддерживается автоматически регулируемой заслонкой на вертикальном участке газосборника 4 до врезки его в сборный термоколлектор 7, а с другой стороны, по фронту батареи коксовых печей 1 устанавливают несколько, преимущественно три индивидуальных термоколлектора 2, каждый из которых последовательно объединяет одинаковое количество коксовых печей 1 батареи, т.е. батарею коксовых печей 1 разбивают на равные группы коксовых печей и каждую группу печей соединяют с индивидуальным термоколлектором 2 восходящим соединением с удлиненным газоотводным стояком 5 коксовой печи, который сверху закрывают крышкой. Индивидуальный термоколлектор 2 устанавливают над выстилкой верха коксовой батареи, внутри термоколлектор 2 футерован легковесным огнестойким материалом, что обеспечивает термоизоляцию и предупреждает термические деформации, в результате которых возможно его охлаждение при циклической остановке. Внутренний диаметр и конфигурация индивидуального термоколлектора 2 должны обеспечивать скорость прохождения газа, достаточную для уноса твердых угольных или коксовых частиц с условным диаметром до 0,5 мм, попадающих в газ, такая скорость должна быть не менее 3 м/сек. Индивидуальные термоколлекторы 2 соединены со сборным термоколлектором 7 батареи коксовых печей 1.

При отводе газообразных продуктов пиролиза угля из горизонтальных коксовых печей, на период выдачи и загрузки группы коксовых печей 1, соединенных по фронту коксовой батареи с одним из индивидуальных термоколлекторов 2, который отключают запорным устройством от сборного термоколлектора 7 и тягодутьевой машины (не показана), которая включена в схему после конверсии, охлаждения и очищения газообразных продуктов пиролиза угля, в это же время из печей 1 данной группы газ отводят в технологический газосборник 4 через технологические стояки 6, при этом газ охлаждается до температуры 85-90°С надсмольной водой, которую подают на орошение. Надсмольная вода с фусами подается на установку дешламации и возвращается в цикл очищенной, а фусы брикетируют и периодически загружают в свежезагруженные коксовые печи 1. Из технологического газосборника 4 газ подают на сборный термоколлектор 7, установленный перед установкой 8 конверсии коксового газа, где он смешивается с неохлажденным газом из термоколлектора 2. После окончания загрузки последней коксовой печи 1 данной группы и отключения инжекции ее газов, производится переключение термоколлекторов 2 запорным устройством другой группы коксовых печей 1, по фронту которой будет происходить цикл выдачи и загрузки, при этом отключают термоколлектор 2 с предварительным открытием всех клапанов для отвода газа в технологический газосборник 4, потом, для отвода горячего газа запорным устройством включают термоколлектор 2, по фронту которого закончился цикл выдачи коксовых печей 1, с предварительным отключением всех клапанов технологических стояков 6 соединенных печей 1 от технологического газосборника 4. Таким образом, каждый термоколлектор 2 работает циклично, при этом, на период выдачи и загрузки коксовых печей 1, его отключают от коксовой батареи и от сборного термоколлектора 7. Приблизительно в 30% времени оборота коксовых печей 1 выполняется отсасывание газа в холодный технологический газосборник 4 с последующим охлаждением его, а в 70% времени оборота - в термоколлекторы 2.

Газ, отсасываемый из коксовой батареи, с минимальным содержанием пыли, поступает в сборный термоколлектор 7, а водосмольная смесь, полученная на установке после дешламации, предварительно подогревается до температуры 300-400°С и впрыскивается в сборный термоколлектор 7 до момента введения охлажденного газа из технологического газосборника 4. Таким способом пополняется баланс исходных компонентов коксового газа, вступающий в конверсию как «водяные пары» и одновременно решается проблема утилизации сточных вод, но возможен и другой вариант: водосмольную смесь не впрыскивают в сборный термоколлектор 7, а направляют в аппарат для отделения от воды, получая при этом товарный продукт - каменноугольную смолу или отправляют в качестве топлива для сжигания на ТЭЦ.

Таким образом, сырой коксовый газ, направленный на конверсию, имеет:

- минимальное содержание пыли, из-за того, что основной пылеунос из коксовой печи происходит в период загрузки печи углем и на первых этапах коксования (первые 50-60 минут периода коксования), когда запыленные газы уходят в технологический газосборник с водяным орошением надсмольной водой и гидросмывом образовавшихся фусов и пыли в переточные ящики;

- в предложенной технологической схеме отсутствует проблема индивидуального регулирования давления высокотемпературного газа для каждой коксовой печи;

- отпадает необходимость в очищении от серы продуктов сжигания из-за того, что в процессе конверсии происходит удаление и конверсия H₂S из коксового газа, что значительно упрощает и удешевляет способ;

- предложенный способ может быть использован и на действующем коксохимическом производстве без коренной перестройки;

способ может выполняться при загрузке коксовых печей термоподготовленной шихтой, т.к. повышенный унос пыли происходит в технологический газосборник с мокрым пылеподавлением, а термоколлектор отводит сырой коксовый газ подсводным пространством смежных коксовых печей.

Способ отвода газообразных продуктов пиролиза угля из горизонтальных коксовых печей поясняется примером.

Пример

Коксовая батарея мощностью более чем 1000000 т кокса в год, состоящая из двух равных частей (полубатарей), обслуживается единым сквозным графиком с серийностью 5-2, что позволяет обслуживать все печи батареи одним комплектом коксовых машин, состоящим из коксовыталкивателя, двереснимной машины и электровоза с гасильным вагоном, при минимальном общем пробеге. Интервал времени между выдачами коксовых печей из каждой группы коксовых печей батареи до 9 минут 20 секунд. Выдача и загрузка печей, объединенных одним индивидуальным термоколлектором 2, идет последовательно по три печи, максимальное отставание загрузки от выдачи для полубатареи - не более, чем три печи, при среднем обороте печей - 16 часов, при этом для первой печи, с каждых трех последовательно обрабатываемых печей оборот составляет 15,8 часов, для последней - 16,3 часа, а цикличный разрыв составляет:

16-(90·9,33)60=2,0 часа,

где 16 - средний оборот печи, час;

90 - количество печей в батарее;

9,33 - среднее время на выдачу одной печи, мин;

60 - количество минут в часе.

С момента загрузки (фиксированное время подачи угля из последнего бункера углезагрузочного вагона в коксовую печь), смесь загрузочных газов, водяных паров, сырого коксового газа и угольной пыли отводится стояком 6 в технологический газосборник 4, орошаемый горячей надсмольной водой, температура которой около 90°С. В газосборнике 4 парогазовая смесь охлаждается за счет испарения части надсмольной воды, при этом частично конденсируются парообразные вещества (вода, каменноугольная смола и др.) и осаждаются твердые частицы угля с образованием фусов. Надсмольная вода на установке дешламации очищается от фусов и возвращается в газосборниковый цикл, а фусы периодически добавляют к угольной шихте или отправляют на коксование.

При подключении группы печей к индивидуальному термоколлектору 2, открывается запорное устройство 3, отключающее этот термоколлектор 2 от сборного термоколлектора 7, и закрываются все клапаны их клапанных коробок. На протяжении времени, оставшегося в периоде коксования (приблизительно 11 часов), происходит отсасывание горячего сырого коксового газа в индивидуальный термоколлектор 2, который идет дальше в сборный термоколлектор 7, к которому добавляется предварительно очищенный коксовый газ первой части периода коксования из газосборника 4. Газ, собранный в сборном термоколлекторе 7, в количестве до 60000 м³/час, содержащий в т.ч. угольную пыль, подают в смеси с определенным количеством пара и кислорода, на конверсию. Полученный при этом сырой синтез-газ, содержащий до 96% смеси газов H₂ и СО, а также до 3% СO₂ и до 1,5% N₂ без следов смолы и ароматических углеводов, охлаждается в теплообменнике или в котле-утилизаторе, сырой синтез-газ может также использоваться для подогрева рециркулирующего газа, или производства пара среднего давления. Далее газ направляют на очистку от твердых частиц и кислых газов (H₂S, HCl и др.). Часть хорошо очищенного газа с теплотой сжигания около 9500 кДж/м³ поступает на отопление коксовой батареи.

Таким образом, использование предложенного способа позволит обеспечить необходимое количество горячего коксового газа, содержащего пары смолы и бензольных углеродов для дальнейшей конверсии, возможность утилизации до 70% тепла коксового газа, выходящего из камер коксования, сократить неорганизованные выбросы и соблюдать экологические требования к коксохимическому производству без дополнительной переработки сточных вод и сбросовых газов, получать возможность универсального использования сырого коксового газа для получения синтез-газа или для улавливания химических продуктов коксования, снизить материальные и капитальные затраты на коксовое производство и на оборудование по очищению и переработке коксового газа, получить возможность работы с любой технологией загрузки угольной шихты в камеры коксования, в т.ч. и термоподготовленной.

1. Способ отвода газообразных продуктов пиролиза угля из горизонтальных коксовых печей коксовой батареи, включающий установку на одной стороне коксовых печей технологического газосборника для поступления в него сырого газа пиролиза угля в период выдачи и загрузки коксовых печей, а на другой стороне - коксовых печей «горячего» газосборника, в котором поддерживают температуру около 800°С, отличающийся тем, что в качестве «горячего» газосборника устанавливают по фронту коксовой батареи индивидуальные термоколлекторы, соединенные со сборным термоколлектором батареи, каждый индивидуальный термоколлектор соединяют с группой преимущественно одинакового количества коксовых печей батареи, при этом группу коксовых печей, объединенных одним индивидуальным термоколлектором, в период выдачи и загрузки подключают к технологическому газосборнику, а индивидуальный термоколлектор отключают от сборного термоколлектора, в этот период газ из печей отводят в технологический газосборник.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что индивидуальный термоколлектор внутри футерован легковесным огнеупорным материалом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что индивидуальный термоколлектор соединяют с коксовыми печами восходящим соединением с удлиненным газоотводным стояком коксовой печи.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сырой коксовый газ из технологического газосборника после охлаждения, конденсации пара и смолы, осаждения пылевидных частиц подают в сборный термоколлектор, где он смешивается с горячим коксовым газом.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь горячего и очищенного охлажденного коксового газа, а также паров водосмольной эмульсии передают из сборного термоколлектора на конверсию или сжигание.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что водосмольную смесь, полученную из технологического газосборника после дешламации надсмольной воды, в подогретом состоянии до температуры 200-400°С впрыскивают в сборный термоколлектор.