RU2007434C1

RU2007434C1 - Vertical continuous coke oven

Info

Publication number: RU2007434C1
Authority: RU
Inventors: И.Я. Шварцман; О.П. Горохов; А.С. Гуржи; А.В. Карпов; М.Г. Скляр; В.М. Кузниченко; В.А. Кожин; А.Н. Силка
Original assignee: Украинский Государственный Научно-Исследовательский Углехимический Институт
Priority date: 1991-05-14
Filing date: 1991-05-14
Publication date: 1994-02-15

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: vertical continuous coke oven has heating walls, upper and lower horizontal flues with ceilings, metal section, regenerators of heating walls. Ceiling of upper heating flue is built in the form of suspended roof made of refractory bricks. Bricks are attached to horizontal metal hollow beam. Hollow beam is located above refractory bricks of suspended roof in brick laying of ceiling of heating wall at distance from roof of upper heating flue equal to 0.7-0.8 of height of brick laying of ceiling of heating wall. Hollow beam communicates on one side with device for forced air supply and on the other side with regenerators of heating wall. Suspended roof is positioned with clearance with respect to metal section of chamber for thermal treatment. EFFECT: enhanced efficiency. 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к коксовому производству, в частности к вертикальным коксовым печам непрерывного действия. The invention relates to coke production, in particular to vertical continuous coke ovens.

Известна вертикальная коксовая печь непрерывного действия для термической переработки каменных углей, содержащая вертикально установленную камеру загрузки угольной шихты, прямоугольную камеру коксования с обогревательными стенками, средство загрузки угольной шихты, состоящее из дозатора и бункера, средство (пресс-толкатель) для уплотнения порций шихты и перемещения коксуемого пирога по высоте камеры коксования и средство для выгрузки кокса. A vertical continuous coke oven for thermal processing of fossil fuels is known, comprising a vertically mounted coal charge loading chamber, a rectangular coking chamber with heating walls, a coal charge loading means consisting of a dispenser and a hopper, a means (press pusher) for compacting the charge portions and moving coke cake height coking chamber and a means for unloading coke.

В печи этой конструкции греющие элементы стен камеры коксования выполнены по всей ее высоте из корундового или динасового огнеупора. In a furnace of this design, the heating elements of the walls of the coking chamber are made over its entire height from corundum or dinas refractory.

Основным недостатком этой конструкции печи является интенсивный и быстрый износ верхней части кладки стен камер термообработки и в основном по высоте верхних отопительных каналов в связи с недопустимыми для огнеупора большими распорными усилиями при проталкивании в камеру термообработки спрессованных порций угольной шихты под большим давлением. Последнее необходимо для получения металлургического кокса из слабоспекающихся газовых углей. The main disadvantage of this furnace design is the intensive and rapid wear of the upper part of the masonry walls of the heat treatment chambers and mainly in the height of the upper heating channels due to the large spacers that are unacceptable for refractory when pushing pressed batches of coal charge into the heat treatment chamber under high pressure. The latter is necessary to obtain metallurgical coke from weakly sintering gas coals.

Ближайшим аналогом предлагаемой печи является вертикальная коксовая печь, содержащая камеру термообработки, обогревательные простенки с горизонтальными отопительными каналами. The closest analogue of the proposed furnace is a vertical coke oven containing a heat treatment chamber, heating walls with horizontal heating channels.

Верхняя часть стен камер термообработки по высоте верхнего отопительного канала выполнена в этой конструкции печи в виде металлической секции, что предотвращает указанное выше интенсивное разрушение стен камеры термообработки. The upper part of the walls of the heat treatment chambers along the height of the upper heating channel is made in this furnace design in the form of a metal section, which prevents the above-mentioned intense destruction of the walls of the heat treatment chamber.

Помимо этого, более высокая теплопроводность металла, чем у огнеупора, обеспечивает более интенсивную теплопередачу из отопительного канала в камеру термообработки (по высоте зоны верхнего отопительного канала), что ускоряет процесс превращения угля в кокс в пристеночном слое. Это в свою очередь улучшает условия схода угольной загрузки в этой зоне (устраняет адгезию). In addition, the higher thermal conductivity of the metal than that of the refractory provides a more intense heat transfer from the heating channel to the heat treatment chamber (along the height of the upper heating channel zone), which accelerates the process of converting coal into coke in the wall layer. This, in turn, improves the conditions for coal loading in this zone (eliminates adhesion).

Применение металла в этой зоне позволяет существенно снизить температуру обогрева в верхнем горизонтале (1350-850^оС). В то же время срок службы металлической секции при высоких температурах работы (800-900^оС) является меньшим, чем у нижележащей огнеупорной кладки камеры термообработки. Это связано с высокотемпературной коррозией металла со стороны обогрева. Поэтому металлическая секция должна периодически заменяться.The use of metal in this zone can significantly reduce the heating temperature in the upper horizontal (1350-850 ^о С). At the same time the service life of the metal section at high operating temperatures (800-900 ° ^C) is less than that of the underlying refractory brickwork heat treatment chamber. This is due to high-temperature corrosion of the metal from the heating side. Therefore, the metal section should be periodically replaced.

В описанной выше конструкции печи сводовые кирпичи, перекрывающие верхний горизонтальный отопительный канал, опираются с одной стороны на кладку, а с другой - на металлоконструкцию греющей стенки камеры термообработки. In the above-described furnace design, vault bricks overlapping the upper horizontal heating channel are supported on the one hand by masonry and, on the other, by the metal structure of the heating wall of the heat treatment chamber.

Такое конструктивное выполнение узла стыка металлических стенок камеры с перекрывающей их кладкой перекрытия обогревательного простенка обусловливает необходимость в периоды замены металлической конструкции стенок камеры полную разборку, а затем повторное возведение кладки всего перекрытия обогревательного простенка. Such a constructive implementation of the junction of the metal walls of the chamber with the masonry overlapping the ceiling of the heating wall makes it necessary to completely disassemble the metal structure of the chamber walls during periods of replacement, and then re-erect the masonry of the entire ceiling of the heating wall.

Это значительно удлиняет время на проведение ремонтных операций при замене металлической конструкции стенок камеры, вызывает необходимость значительного снижения, а затем повышения температуры обогрева и в связи с этим ухудшает условия службы огнеупоров, а также приводит к значительной потере производительности печи. This significantly lengthens the time for repair operations when replacing the metal structure of the chamber walls, necessitates a significant reduction and then increase in the heating temperature and, therefore, worsens the working conditions of refractories, and also leads to a significant loss in furnace productivity.

Целью изобретения является повышение производительности печи за счет сокращения длительности ремонтных работ и увеличения срока службы кладки обогревательных простенков. The aim of the invention is to increase the productivity of the furnace by reducing the duration of the repair work and increasing the service life of the masonry of the heating walls.

Поставленная цель достигается тем, что в обогревательном простенке перекрытие верхнего отопительного канала выполнено в виде подвесного свода из огнеупорных кирпичей, прикрепленных с помощью металлоконструкции к горизонтальной металлической полой балке, расположенной над огнеупорными кирпичами подвесного свода в кладке перекрытия обогревательного простенка на расстоянии от свода верхнего отопительного канала, равном 0,7-0,8 высоты кладки перекрытия обогревательного простенка, полая балка сообщается с одной стороны с устройством для принудительной подачи воздуха, а с другой - с регенератором обогревательного простенка, причем подвесной свод размещен с зазором относительно металлической секции камеры термообработки. This goal is achieved by the fact that in the heating wall the ceiling of the upper heating channel is made in the form of a suspended arch of refractory bricks attached with a metal structure to a horizontal metal hollow beam located above the refractory bricks of the suspended arch in the masonry of the ceiling of the heating wall at a distance from the arch of the upper heating channel equal to 0.7-0.8 the height of the masonry overlapping the heating wall, the hollow beam communicates on one side with the device for forced air supply, and on the other hand, with a regenerator of the heating wall, and the suspension vault is placed with a gap relative to the metal section of the heat treatment chamber.

Отличительные признаки предлагаемого решения: выполнение перекрытия верхнего горизонтального отопительного канала в виде подвесного свода, расположенного с зазором относительно металлической секции камеры термообработки, а также конструктивные особенности подвесного свода обеспечивают увеличение срока службы кладки обогревательных простенков, сокращают длительность ремонтных работ, связанных с демонтажем металлической секции камеры термообработки, а, следовательно, способствуют повышению производительности печи. Distinctive features of the proposed solution: the overlapping of the upper horizontal heating channel in the form of a suspended arch located with a gap relative to the metal section of the heat treatment chamber, as well as the design features of the suspended arch provide an increase in the service life of the masonry of the heating walls, reduce the duration of the repair work associated with the dismantling of the metal section of the chamber heat treatment, and, therefore, contribute to increasing the productivity of the furnace.

Предлагаемое конструктивное устройство коксовой печи изображено на фиг. 1, 2 и 3. The proposed coke oven design is shown in FIG. 1, 2 and 3.

На фиг. 1 изображен поперечный вертикальный разрез по камере термообработки и обогревательным простенкам; на фиг. 2 - продольный вертикальный разрез по обогревательному простенку и перекрытию его с подвесным сводом; на фиг. 3 - горизонтальный разрез по металлической конструкции (секции) греющих стенок камеры термообработки. In FIG. 1 shows a transverse vertical section through a heat treatment chamber and heating walls; in FIG. 2 - a longitudinal vertical section through the heating wall and its overlap with a suspended arch; in FIG. 3 is a horizontal section through a metal structure (section) of the heating walls of the heat treatment chamber.

Вертикальная коксовая печи непрерывного действия включает выполнение в виде кладки и образующие камеру термообработки 1, обогревательные простенки 2 с верхними и нижними горизонтальными отопительными каналами 3, имеющими перекрытия, металлическую секцию 4, расположенную в камере термообработки 1 по высоте верхнего отопительного канала 3, регенераторы обогревательных простенков 2. A vertical continuous coke oven includes masonry and forming a heat treatment chamber 1, heating walls 2 with upper and lower horizontal heating channels 3 having overlapping, a metal section 4 located in the heat treatment chamber 1 along the height of the upper heating channel 3, regenerators of the heating walls 2.

Каждый отопительный канал 3, за исключением верхнего, перекрывается прямоугольными сводовыми кирпичами 5, уложенными с одной стороны на стеновые кирпичи 6 камеры термообработки 1, а с другой - на перегородку 7 между двумя смежными отопительными каналами 3 (см. фиг. 1). Each heating channel 3, with the exception of the upper one, is blocked by rectangular vaulted bricks 5, laid on one side on the wall bricks 6 of the heat treatment chamber 1, and on the other, on the partition 7 between two adjacent heating channels 3 (see Fig. 1).

Верхний отопительный канал 3, образуемый со стороны камеры термообработки 1 металлической секцией 4 и внутри перегородкой 7, перекрывается подвесными кирпичами 8, образуя подвесной свод над верхним отопительным каналом 3 обогревательного простенка 2. The upper heating channel 3, formed on the side of the heat treatment chamber 1 by the metal section 4 and inside the partition 7, is blocked by hanging bricks 8, forming a hanging arch above the upper heating channel 3 of the heating wall 2.

Подвесные кирпичи 8 снабжены с боковых сторон углублениями 9 для захвата этих кирпичей с помощью металлоконструкции 10, прикрепленной к горизонтальной металлической полой балке 11. Последняя уложена над подвесным сводом на расстоянии h от свода верхнего отопительного канала равном 0,7-0,8 высоты Н кладки перекрытия обогревательного простенка (см. фиг. 1 и 2). Suspended bricks 8 are provided on the sides with recesses 9 for gripping these bricks with a metal structure 10 attached to a horizontal metal hollow beam 11. The latter is laid over the suspension arch at a distance h from the roof of the upper heating channel equal to 0.7-0.8 of the height of the masonry overlapping the heating wall (see Fig. 1 and 2).

Металлическая балка 11 снабжена внутри каналом 12 для подачи циркулирующего воздуха и сообщается с одной стороны устройством 13 для принудительного подвода воздуха (фиг. 2), а с другой - с регенератором обогревательного простенка 2 (на фиг. не показан). The metal beam 11 is provided inside with a channel 12 for supplying circulating air and communicates on the one hand with a device 13 for forced air supply (Fig. 2), and on the other hand with a regenerator of the heating wall 2 (not shown in Fig.).

Между кирпичами 8 подвесного свода и металлической секцией 4 выполнен вертикальный зазор 14. Between the bricks 8 of the suspension vault and the metal section 4, a vertical gap 14 is made.

Вертикальная коксовая печь непрерывного действия работает следующим образом. Vertical coke oven continuous operation operates as follows.

В отопительных каналах 3 сжигают коксовый газ, поддерживая заданный температурный режим. В канал 12 внутри металлической балки 11 подают принудительный воздух из окружающей среды (фиг. 2), охлаждающий балку 11 до допустимой температуры. Нагретый до 250-300^оС воздух подают в регенераторы печи (на фиг. не показаны) для повышения степени утилизации тепла продуктов горения или уменьшения расхода огнеупоров в регенераторах.In the heating channels 3, coke oven gas is burned, maintaining a predetermined temperature regime. In the channel 12 inside the metal beam 11 serves forced air from the environment (Fig. 2), cooling the beam 11 to an acceptable temperature. Heated to 250-300 ^C in air fed regenerators of the furnace (Fig. Not shown) to increase the degree of utilization of the heat of the combustion products or reduction in the consumption of refractory regenerators.

В камеру термообработки 1 порциями сверху подают уплотненную угольную шихту, которая, проходя последовательно по высоте камеры, превращается в полукокс - кокс. При прохождении по высоте верхнего отопительного канала 3, благодаря высокой теплопроводности металлической секции 4, пристеночный слой угольной шихты быстро превращается в полукокс - кокс. Возникающие при этом большие распорные усилия воспринимаются металлической секцией 4, не вызывая ее деформаций, в связи с ее высокой механической прочностью. Нижележащие стены камеры термообработки не подвергаются воздействию повышенных распорных усилий в связи с тем, что угольная загрузка уже заключена по всему периметру камеры в достаточно прочную коксовую "рубашку". Кроме того, между коксующейся загрузкой и стенами камеры термообработки 1 образовался усадочный зазор. The compacted coal charge is fed in portions from above into the heat treatment chamber 1 in portions, which, passing successively along the height of the chamber, turns into a semi-coke - coke. When passing along the height of the upper heating channel 3, due to the high thermal conductivity of the metal section 4, the near-wall layer of the coal charge quickly turns into semi-coke - coke. The large spacing forces arising in this case are perceived by the metal section 4, without causing its deformations, due to its high mechanical strength. The underlying walls of the heat treatment chamber are not exposed to increased spacer forces due to the fact that coal loading is already enclosed around the entire perimeter of the chamber in a sufficiently strong coke “shirt”. In addition, between the coking charge and the walls of the heat treatment chamber 1, a shrinkage gap was formed.

Поскольку срок службы металлической секции 4 ограничен из-за воздействий высокой температуры и окислительной среды, периодически ее заменяют. Since the life of the metal section 4 is limited due to the effects of high temperature and an oxidizing environment, it is periodically replaced.

Замену осуществляют следующим образом. The replacement is as follows.

У ремонтируемой камеры заготовляют новую металлическую секцию, проталкивают угольную загрузку ниже уровня металлической секции и прекращают дальнейшую подачу шихты, демонтируют проталкивающее устройство, загрузочную горловину и металлическую секцию 4 по высоте верхнего отопительного канала 3, затем производят монтаж новой металлической секции и указанного выше оборудования и возобновляют загрузку угольной шихты в печь. Разборка кладки перекрытия обогревательного простенка 2 при этом не требуется, поскольку между секцией 4 и кладкой подвесного свода предусмотрены необходимые зазоры 14. Температуру обогрева верхних отопительных каналов не снижают в связи с незначительным временем, потребным на ремонтные операции по замене металлической секции. Разрежение в системе отопления предотвращает выбросы горячих газов, благодаря чему условия работы персонала при замене металлической секции 4 не осложняются. A new metal section is prepared near the repaired chamber, the coal loading is pushed below the level of the metal section and the further feeding of the charge is stopped, the pushing device, loading neck and metal section 4 are disassembled by the height of the upper heating channel 3, then the new metal section and the above equipment are installed and renewed loading the coal charge into the furnace. Disassembly of the masonry of the ceiling of the heating wall 2 is not required, since the necessary gaps are provided between section 4 and the masonry of the suspended arch 14. The heating temperature of the upper heating channels is not reduced due to the insignificant time required for repair operations to replace the metal section. Depression in the heating system prevents the release of hot gases, so that the working conditions of personnel when replacing the metal section 4 are not complicated.

Выбор расстояния h от свода верхнего горизонтального отопительного канала 3 до оси металлической балки 11 обусловлен следующими соображениями. The choice of the distance h from the arch of the upper horizontal heating channel 3 to the axis of the metal beam 11 is due to the following considerations.

Температура в верхнем отопительном канале 3 составляет 800-900^оС. В вышележащем массиве кладки температура постепенно снижается. При изготовлении балки 11 из обычных конструкционных материалов (например, Ст. 3) балки 11 должна располагаться в зоне температур, не превышающих 400-450^оС. При этом, даже при аварийном отключении подачи охлаждающего воздуха конструкции балки 11 не деформируется.The heating temperature in the upper channel 3 is 800-900 ^C. The temperature is gradually reduced in the overlying array laying. When manufacturing the beam 11 of conventional constructional materials (e.g., Art. 3) of the beam 11 should be located in the zone temperatures not exceeding 400-450 ° ^C. Thus, even during emergency stopping feeding beam structure 11 is not deformed by the cooling air.

Для определения оптимальной области расположения металлической балки 11 по высоте перекрытия произведены замеры температур в кладке и металлической балке на полупромышленной установке непрерывного слоевого коксования на Харьковском опытном коксохимическом заводе. To determine the optimal area of location of the metal beam 11 by the height of the overlap, the temperatures in the masonry and the metal beam were measured at a semi-industrial continuous coking unit at the Kharkov Experimental Coke and Chemical Plant.

Вертикальная коксовая печь, на которой проводили испытания, характеризуется следующими данными. The vertical coke oven, which was tested, is characterized by the following data.

1. Размеры камеры термообработки: высота 2900 мм длина 1000-1200 мм ширина 350 мм
2. Количество горизонтальных отопительных каналов 5.1. The dimensions of the heat treatment chamber: height 2900 mm length 1000-1200 mm width 350 mm
2. The number of horizontal heating channels 5.

Из них 4 выполнены из динасового огнеупора, а верхний в части греющих стенок камеры термообработки - в виде металлической конструкции (секции). 4 of them are made of dinas refractory, and the upper part in the part of the heating walls of the heat treatment chamber is in the form of a metal structure (section).

3. Перекрытие обогревательного простенка над верхним отопительным каналом выполнено в виде подвесного свода из шамотных кирпичей, прикрепленных с помощью металлоконструкции к металлической полой балке, снабженной внутри каналом для циркуляции охлаждающего воздуха. 3. Overlapping the heating wall above the upper heating channel is made in the form of a hanging vault of chamotte bricks attached with a metal structure to a metal hollow beam equipped with a channel for cooling air circulation inside.

На указанной печи были проведены с помощью термопар замеры температур металлической балки и кладки перекрытия обогревательного простенка, определены расходы охлаждающего воздуха и расходы электроэнергии для подачи воздуха через балку, а также расходы металла на металлоконструкцию для поддержания подвесного свода. The temperatures of the metal beam and the masonry of the ceiling of the heating wall were measured using thermocouples on this furnace, the cooling air consumption and the energy consumption for supplying air through the beam, as well as the metal consumption for the metal structure to support the suspended arch, were determined.

Полученные данные приведены в таблице. The data obtained are given in the table.

Как видно из таблицы, температура охлаждаемой металлической балки поддерживалась во всех случаях одинаковой и равной 120^оС, что достигалось подводом различного количества воздуха. При изменении расхода воздуха соответственно уменьшался либо увеличивался расход электроэнергии, потребляемой дутьевым устройством. Как видно из таблицы, он пропорционален температуре на соответствующем уровне кладки. Масса металлоконструкций, поддерживающих подвесной свод, изменялась непропорционально уменьшению h. При этом с уменьшением величины h масса металлоконструкции изменялась непропорционально этому уменьшению, а иногда даже увеличивалась. Это объясняется необходимостью увеличения поперечных сечений металлоконструкций, а, следовательно, и их массы при повышении температуры в кладке.As seen from the table, the temperature of the cooled metal joists supported in all cases the same and equal to ¹²⁰ ° C, which was achieved supply different quantities of air. When the air flow rate changes, the energy consumption consumed by the blower device decreases or increases accordingly. As can be seen from the table, it is proportional to the temperature at the appropriate level of masonry. The mass of metal structures supporting the suspension arch changed disproportionately to the decrease in h. Moreover, with a decrease in the value of h, the mass of the metal structure changed disproportionately to this decrease, and sometimes even increased. This is explained by the need to increase the cross-sections of metal structures, and, consequently, their masses with increasing temperature in the masonry.

Из данных, приведенных в таблице видно, что оптимальным с точки зрения расхода электроэнергии и массы металла на металлоконструкцию, поддерживающую подвесной свод, является диапазон значений h, равный 0,7-0,8 Н. From the data given in the table it can be seen that the optimal range from the point of view of energy consumption and mass of metal on the metal structure supporting the suspension arch is a range of h values equal to 0.7-0.8 N.

Испытание предлагаемого устройства печи на полупромышленном образце показало, что при этом время на проведение ремонтных операций по замене металлической секции камеры термообработки доведено до минимума (2-3 ч) вместо 250-300 ч при конструктивном устройстве по прототипу. Testing of the proposed furnace device on a semi-industrial sample showed that while the time for repair operations to replace the metal section of the heat treatment chamber was reduced to a minimum (2-3 hours) instead of 250-300 hours with a design device of the prototype.

Благодаря этому была исключена необходимость перекладки обогревательных простенков, а также не потребовалось снижение температуры обогрева при замене металлической секции камеры термообработки. Thanks to this, the need for relocation of the heating walls was eliminated, and the reduction of the heating temperature was not required when replacing the metal section of the heat treatment chamber.

Указанные преимущества предлагаемого устройства позволяет исключить значительную потерю производительности печи и капитальные затраты на перекладку перекрытия обогревательных простенков. The indicated advantages of the proposed device eliminates a significant loss in the productivity of the furnace and the capital costs of shifting the overlap of the heating walls.

Подача воздуха, нагретого в каналах металлических балок до 250-300^оС в регенераторы, позволит дополнительно снизить капзатраты за счет уменьшения расхода огнеупоров в них.The supply of air heated in the channels of metal beams to 250-300 ^о С to the regenerators will allow to further reduce capex by reducing the consumption of refractories in them.

Помимо этого, в связи с поддержанием нормального режима обогрева печи в периоды проведения ремонтных операций по замене металлических секций камеры термообработки обеспечивается нормальный режим обогрева печи, что способствует улучшению условий и удлинению срока службы кладки печи, а, следовательно, и повышению производительности печи. (56) Авторское свидетельство СССР N 1600326, кл. С 10 В 3/00, 1990. In addition, in connection with maintaining the normal heating mode of the furnace during repair operations to replace the metal sections of the heat treatment chamber, a normal heating mode of the furnace is provided, which helps to improve conditions and extend the life of the masonry of the furnace, and, consequently, increase the productivity of the furnace. (56) Copyright certificate of the USSR N 1600326, cl. C 10 V 3/00, 1990.

Отчет УХИНа, N Гос. рег. 01870051305, ДСП, Харьков, 1989, с. 85. Report of the UKHIN, N State. reg. 01870051305, Particleboard, Kharkov, 1989, p. 85.

Claims

VERTICAL COX FURNACE OF CONTINUOUS ACTION, including heating walls made in the form of a masonry and forming a heat treatment chamber with upper and lower horizontal heating channels having overlapping, a metal section located in the heat treatment chamber along the height of the upper heating channel, heating wall regenerators, characterized in that to the heating wall, the ceiling of the upper heating channel is made in the form of a suspended arch of refractory bricks, attached using a metal structure to a horizontal metal hollow beam located above the refractory bricks of the suspended arch in the masonry of the ceiling of the heating wall at a distance from the roof of the upper heating channel equal to 0.7 - 0.8 of the height of the masonry of the ceiling of the heating wall, the hollow beam is connected in one direction with a device for forced air supply, and on the other hand, with a regenerator of the heating wall, and the suspension vault is placed with a gap relative to the metal section of the chamber work.