RU2749261C2

RU2749261C2 - Thermal-oxidative carbonisation unit

Info

Publication number: RU2749261C2
Application number: RU2019136105A
Authority: RU
Inventors: Михаил Евгеньевич Пузырев; Евгений Михайлович Пузырёв; Вадим Алексеевич Голубев; Олег Вячеславович Караичев; Иван Владимирович Платов
Original assignee: Михаил Евгеньевич Пузырев
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2021-06-07
Also published as: RU2019136105A; RU2019136105A3

Abstract

FIELD: coke industry.

SUBSTANCE: invention relates to the area of coal processing, particularly to production of thermal energy and coke from coal for metallurgy and other branches of industry. The thermal oxidative coal carbonisation unit comprises a coal bunker, an ignition chamber with secondary blast nozzles and a combustion product discharge channel, and a thermal oxidative carbonisation chamber, installed in series, separated by a dividing screen and located above the direct passage bar grate with a coal layer height regulator at the input and below the primary blast bar grate, a coke sustaining chamber and a conveyor for unloading and cooling coke. The walls of the chambers therein are made coolable in form of screens closed from the outside with thermal insulation and closed by brick lining from the inside, but only in the thermo-oxidative carbonisation chamber and in the upper part of the coke sustaining chamber.

EFFECT: technical result of the proposed invention is increased yield of coke, quality of coke, efficiency and reliability of the thermal oxidative coal carbonisation unit.

10 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энерготехнологической переработки угля, в частности к получению из угля тепловой энергии и кокса для металлургии и других отраслей промышленности. Оно может использоваться в котлах коммунальной и промышленной энергетики, и направлено на рациональное использование твердого топлива.The invention relates to the field of energy-technological processing of coal, in particular to the production of thermal energy and coke from coal for metallurgy and other industries. It can be used in boilers for municipal and industrial energy, and is aimed at the rational use of solid fuels.

Известна установка термоокислительного коксования (УТК) Аксуского завода ферросплавов (Страхов В.М. и др. Промышленные исследования процесса термоокислительного коксования на цепных колосниковых решетках. Кокс и химия. №5, 2008, стр.22-28). УТК выполнена на основе типового водогрейного котла КВ-ТС-20 тепловой мощностью 20 Гкал/ч с топкой прямого хода. При этом топочный объём является камерой термоокислительного коксования, причем охлаждаемой, так как она образована экранами котла. Кроме основной продукции – кокса, извлекается тепловая энергия в виде горячей сетевой воды, которая нагревается в экранах и в конвективных поверхностях нагрева котла. Термоокислительное коксование осуществляется в слое угля на движущейся колосниковой решетке прямого хода теплом сжигания летучих веществ и части коксуемой массы угля в потоке воздуха, подаваемого снизу, из зон первичного дутья из-под колосниковой решеткой.Known installation for thermal oxidative coking (UTK) Aksu ferroalloy plant (Strakhov VM and other Industrial research of the process of thermal oxidative coking on chain grates. Coke and chemistry. No. 5, 2008, pp. 22-28). UTK is made on the basis of a typical hot water boiler KV-TS-20 with a thermal power of 20 Gcal / h with a forward-fired firebox. In this case, the furnace volume is a thermo-oxidative coking chamber, moreover cooled, since it is formed by the boiler screens. In addition to the main product - coke, heat energy is extracted in the form of hot heating water, which is heated in the screens and in the convective heating surfaces of the boiler. Thermooxidative coking is carried out in a coal bed on a moving grate of the forward stroke by the heat of combustion of volatile substances and a part of the coking coal mass in an air stream supplied from below from the zones of primary blast from under the grate.

Недостатком этого устройства является низкое качество кокса и низкая эффективность, так как тепловая энергия расходуется не только на прогрев и коксование угля, но и сопровождается передачей заметной части тепла к экранам котла, особенно в режиме запуска УТК. Соответственно имеется заметный пережог коксуемой массы угля для поддержания необходимой в процессе коксования высокой температуры. Эта снижает выход и качество кокса из-за повышения его зольности по мере выгорания углерода. Кроме того, необходимость выработки заданной тепловой мощности в котле КВ-ТС-20 влияет на производство кокса, дополнительно уменьшая качество и производство кокса, если необходим останов котла или минимальная нагрузка, например, в летний период ночью. Для решетки прямого хода также важно организовать стабильное положение границы зажигания слоя, так как в переходных режимах она может сместиться и уйти с погасанием слоя.The disadvantage of this device is the low quality of coke and low efficiency, since thermal energy is consumed not only for heating and coking coal, but also accompanied by the transfer of a noticeable part of the heat to the boiler screens, especially in the mode of starting the UTK. Accordingly, there is a noticeable overburning of the coking coal mass to maintain the high temperature required during the coking process. This reduces the yield and quality of coke due to an increase in ash content as carbon burns out. In addition, the need to generate a given heat power in the KV-TS-20 boiler affects the production of coke, further reducing the quality and production of coke if the boiler needs to be shut down or a minimum load is required, for example, during the summer period at night. It is also important for the forward stroke grating to organize a stable position of the layer ignition boundary, since in transient modes it can shift and leave with the layer extinction.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, которое выбрано прототипом, является УТК по патенту РФ № 2697472. УТК содержит последовательно установленные бункер угля, камеру зажигания с каналом отвода продуктов сгорания и камеру термоокислительного коксования, которые выполнены из обмуровки, разделены разделительным экраном с завихрительным изгибом и расположены над колосниковой решеткой прямого хода, имеющей на входе регулятор высоты слоя и снизу колосниковой решетки зоны первичного дутья, камеру и транспортер выгрузки и охлаждения кокса. Этот транспортер предназначен для мокрого тушения кокса и выполнен также в виде дорогой и громоздкой колосниковой решетки прямого хода с расположенными над ней форсунками дисперсной подачи воды. Разделительный экран с завихрительным изгибом дает вихревые потоки, интенсивное горение, зажигание слоя угля в камере термоокислительного коксования с поддержанием стабильного положения границы зажигания слоя.Of the known technical solutions, the closest in technical essence to the claimed device, which is chosen as a prototype, is the UTK according to the patent of the Russian Federation No. 2697472. The UTK contains a sequentially installed coal bunker, an ignition chamber with a channel for removing combustion products and a thermooxidative coking chamber, which are made of lining, separated a dividing screen with a swirling bend and are located above the grate of the forward course, which has a bed height regulator at the inlet and at the bottom of the grate of the primary blast zone, a chamber and a conveyor for unloading and cooling coke. This conveyor is designed for wet quenching of coke and is also made in the form of an expensive and cumbersome grate of a straight course with dispersed water supply nozzles located above it. A separating screen with a swirling bend gives vortex flows, intense combustion, ignition of the coal bed in the thermooxidative coking chamber while maintaining a stable position of the bed ignition boundary.

Обе колосниковые решетки в средней части имеют подрезающие планки, которые ворошат движущийся слой кокса. Канал отвода продуктов сгорания открыт в атмосферу. Камеры термоокислительного коксования, зажигания и выдержки кокса и канал отвода продуктов сгорания выполнены из обмуровки, неохлаждаемые. Это снижает выгорание и повышает качество кокса.Both grates in the middle part have undercut bars that turn the moving coke layer. The combustion products exhaust channel is open to the atmosphere. The chambers for thermo-oxidative coking, ignition and coke holding and the channel for the removal of combustion products are made of lining, uncooled. This reduces burnup and improves coke quality.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- Низкое качество кокса, так как быстрый разогрев при зажигании угля, а также при мокром тушении кокса уголь и кокс испытывают термические удары, интенсивно и дробятся, и это понижает качество кокса.- Poor quality of coke, since rapid heating during ignition of coal, as well as during wet quenching of coke, coal and coke undergo thermal shocks, intensively and crushed, and this lowers the quality of coke.

- Низкая эффективность, так как нет выработки тепла или пара, и всё выделяющееся тепло, причем без рекуперации сбрасывается в атмосферу.- Low efficiency, since there is no generation of heat or steam, and all the generated heat, and without recuperation, is discharged into the atmosphere.

- Низкая надежность и эффективность, так как неохлаждаемые, выполненные из тяжелой обмуровки камеры термоокислительного коксования, зажигания и выдержки кокса требуют медленного охлаждения и разогрева с пережогом топлива при старте, иначе тяжелая обмуровка лопнет из-за термоударов, а собственная масса обмуровки и фундаментов велики.- Low reliability and efficiency, since uncooled, made of heavy lining chambers for thermo-oxidative coking, ignition and coke holding require slow cooling and heating with fuel burnout at the start, otherwise heavy lining will burst due to thermal shocks, and the own weight of the lining and foundations is large.

- Низкая надежность, подрезающие планки быстро изнашиваются, так как они неохлаждаемые и не имеют шипов (как зубы на ковшах экскаваторов), предварительно ворошащих надвигающийся слой угля или кокса.- Low reliability, the undercut bars wear out quickly, since they are uncooled and do not have thorns (like teeth on excavator buckets), which have previously been agitated by the oncoming layer of coal or coke.

Целью изобретения и решаемой технической задачей являются: повышение: выхода кокса, качества кокса, эффективности и надежности УТК.The purpose of the invention and the technical problem to be solved are: to increase: the yield of coke, the quality of coke, the efficiency and reliability of the UTK.

Технический результат, обеспечивающий решение этой задачи, заключается в том, что в УТК, содержащей последовательно установленные бункер угля, камеру зажигания с соплами вторичного дутья и каналом отвода продуктов сгорания и камеру термоокислительного коксования, которые разделены разделительным экраном и расположены над колосниковой решеткой прямого хода, имеющей на входе регулятор высоты слоя и снизу колосниковой решетки зоны первичного дутья, камеру выдержки кокса и транспортер выгрузки и охлаждения кокса, предлагается стены, контактирующие с топочной средой выполнить охлаждаемыми, в виде экранов, закрытых с наружной стороны теплоизоляцией, а со стороны топочной среды закрытых обмуровкой, но только в зонах поддержания высоких температур: в камере термоокислительного коксования и в верхней части камеры выдержки кокса.The technical result, which ensures the solution of this problem, consists in the fact that in the UTK, which contains a sequentially installed coal bunker, an ignition chamber with secondary blast nozzles and a channel for removing combustion products and a thermal oxidative coking chamber, which are separated by a dividing screen and located above the grate of the forward run, having a layer height regulator at the inlet and at the bottom of the grate of the primary blast zone, a coke holding chamber and a conveyor for unloading and cooling coke, it is proposed to make the walls in contact with the combustion medium cooled, in the form of screens closed on the outside with thermal insulation, and closed on the side of the combustion medium lining, but only in areas of high temperatures: in the thermo-oxidative coking chamber and in the upper part of the coke holding chamber.

Предлагаемая конструкция стен УТК, контактирующих с топочной средой позволяет решить многие проблемы. Во-первых, экраны охлаждаются и воспринимают нагрузку от веса обмуровки и теплоизоляции, причем они минимизируют их толщину и вес за счет собственного отвода тепла и поэтому создают легкую, надежную конструкцию стен и потолков. Обмуровка и теплоизоляция тонкие, легкие, поэтому габариты и вес УТК и её фундаментов резко снижаются, что повышает надежность и эффективность УТК.The proposed design of the UTK walls in contact with the combustion medium allows solving many problems. Firstly, the screens are cooled and take the load from the weight of the lining and thermal insulation, and they minimize their thickness and weight due to their own heat dissipation and therefore create a lightweight, reliable structure of walls and ceilings. Lining and thermal insulation are thin, light, therefore the dimensions and weight of the UTK and its foundations are sharply reduced, which increases the reliability and efficiency of the UTK.

Во-вторых, там, где необходима высокая топочная температура (камера термоокислительного коксования и верхняя часть камеры выдержки кокса) экраны закрыты обмуровкой, их тепловосприятие минимально, поэтому не требуется дополнительного сжигания коксуемой массы для поддержания нужной температуры, этим повышается выход и качества кокса, а также эффективность работы УТК.Secondly, where a high furnace temperature is required (thermooxidative coking chamber and the upper part of the coke holding chamber), the screens are closed by lining, their heat perception is minimal, therefore, additional combustion of the coke mass is not required to maintain the required temperature, this increases the yield and quality of coke, and also the effectiveness of the work of the UTK.

В-третьих, в нижней части камеры выдержки кокса и в канале отвода продуктов сгорания, где требуется охлаждение экраны открыты, что обеспечивает теплосъем, повышая эффективность УТК за счет утилизации тепла.Thirdly, in the lower part of the coke holding chamber and in the combustion products removal channel, where cooling is required, the screens are open, which provides heat removal, increasing the efficiency of the UTK due to heat recovery.

В дополнительном п.2 предлагается в УТК под бункером угля и питателем топлива до камеры зажигания установить камеру сушки, которая подключена снизу к тракту подачи горячего дутья, а сверху к тракту удаления паров влаги топлива, соединенному через дымосос с соплами вторичного дутья камеры зажигания. Такое техническое решение позволяет организовать управляемый за счет работы дымососа процесс нагрева и сушки угля. Это процесс постепенного, без термоудара, нагрева потока угля горячими дутьем и подсасываемыми из камеры зажигания газами, протекающий без термического растрескивания частиц угля и без затрат на эти процессы тепла сгорания коксующейся массы, что повышает и качество и выход кокса.In an additional paragraph 2, it is proposed to install a drying chamber under the coal bunker and the fuel feeder in the UTK, before the ignition chamber, which is connected from the bottom to the hot blast feed path, and from the top to the fuel moisture vapor removal path, connected through the smoke exhauster to the secondary blast nozzles of the ignition chamber. This technical solution makes it possible to organize the process of heating and drying coal controlled by the operation of the smoke exhauster. This is a process of gradual, without thermal shock, heating the coal flow by hot blast and gases sucked in from the ignition chamber, which proceeds without thermal cracking of coal particles and without the cost of combustion heat of the coking mass for these processes, which increases both the quality and yield of coke.

В дополнительном п.3 предлагается в разделительном экране установить каналы коксового газа, которые, как и сопла вторичного дутья, направлены в камеру зажигания, причем с наклоном на слой угля и тангенциально к условным осям формируемых в камере зажигания вертикальных вихрей, по меньшей мере, одного. При этом за счет направленных тангенциально (не радиально) к условным осям формируемых вертикальных вихрей каналов коксового газа и сопл вторичного дутья создаются вертикальные горящие вихри, один, два и более. В совокупности с наклоном струй на слой угля и охлаждением камеры зажигания открытыми экранами вихри обеспечивают, во-первых, проникание горения в слой и интенсивное воспламенение слоя угля, а во-вторых, также и дожигание выходящих продуктов неполного сгорания в факелах. При этом дожигание за счет охлаждения экранами без высокой температуры, с низкой эмиссией оксидов азота и без шлакования стен, экологически эффективно, с устойчивым зажиганием от вихревых факелов входящего слоя угля.In an additional paragraph 3, it is proposed to install coke oven gas channels in the separation screen, which, like the secondary blast nozzles, are directed into the ignition chamber, moreover, with an inclination to the coal layer and tangentially to the conventional axes of the vertical vortices formed in the ignition chamber of at least one ... In this case, due to the tangentially (not radially) directed to the conditional axes of the formed vertical vortices of the coke oven gas channels and the secondary blast nozzles, vertical burning vortices, one, two or more, are created. In combination with the inclination of the jets to the coal bed and the cooling of the ignition chamber with open screens, the vortices provide, firstly, the penetration of combustion into the bed and intensive ignition of the coal bed, and secondly, also the afterburning of the outgoing products of incomplete combustion in flares. At the same time, afterburning due to cooling by screens without high temperature, with low emission of nitrogen oxides and without slagging of walls, is environmentally efficient, with stable ignition from vortex flares of the incoming coal layer.

Дополнительный п.4 конкретизирует схему повышения эффективности УТК за счет утилизации тепла при использовании котла, парового или водогрейного, с включением экранов и конвективных поверхностей нагрева в его контуры циркуляции, причем канал отвода продуктов сгорания имеет также параллельно подключенный к атмосфере через откидной клапан и байпас. Применение котла с воздухоподогревателем и калориферами повышает качество кокса, и эффективность УТК за счет рекуперации, возврата тепла с горячим дутьем на сушку угля и коксование с соответствующим уменьшением выгорания кокса. Включение калориферов в контуры циркуляции котла со сбросом тепла на подогрев избыточного воздуха повышает выход кокса в режиме снижения потребляемой нагрузки котла. Подключение к атмосфере канала отвода продуктов сгорания через откидной клапан и байпас, минуя конвективные поверхности нагрева, дополнительно обеспечивает:Additional clause 4 specifies the scheme for increasing the efficiency of the UTK due to heat recovery when using a boiler, steam or hot water, with the inclusion of screens and convective heating surfaces in its circulation circuits, and the channel for the removal of combustion products also has a parallel connected to the atmosphere through a flap valve and a bypass. The use of a boiler with an air heater and air heaters increases the quality of coke, and the efficiency of the UTK due to recuperation, heat return with hot blast for drying coal and coking with a corresponding decrease in coke burnout. The inclusion of heaters in the boiler circulation circuits with heat dumping for heating excess air increases the coke yield in the mode of reducing the consumed boiler load. Connection to the atmosphere of the channel for the removal of combustion products through a flap valve and a bypass, bypassing convective heating surfaces, additionally provides:

- растопку и вывод в режим УТК с повышением качества кокса;- kindling and putting into the UTK mode with an increase in the quality of coke;

- вывод энергии взрыва горючих газов в нерасчетных режимах работы повышает надежность работы УТК;- the output of the energy of the explosion of combustible gases in off-design operating modes increases the reliability of the UTK;

- вывод избыточного тепла с горячими продуктами сгорания через откидной клапан и байпас в атмосферу помимо конвективных поверхностей нагрева котла, что позволяет сохранить производства кокса при снижении потребления энергии. УТК может работать и со сбросом всего неиспользуемого тепла в атмосферу, но более эффективно, чем прототип, так как часть тепла используется при сушке угля и производстве кокса.- removal of excess heat with hot combustion products through a flap valve and a bypass into the atmosphere in addition to the convective heating surfaces of the boiler, which allows maintaining coke production while reducing energy consumption. The UTK can also work with the discharge of all unused heat into the atmosphere, but it is more efficient than the prototype, since part of the heat is used in drying coal and producing coke.

В дополнительном п.5 предлагается канал отвода продуктов сгорания выполнить вертикальным, заканчивающимся дымовой трубой, что позволяет повысить эффективность УТК за счет использования самотяги для удаления продуктов сгорания из котла, причем в соответствии с п.4, возможно и через откидной клапан и байпас, минуя конвективные поверхности нагрева котла.In an additional clause 5, it is proposed that the channel for the removal of combustion products be made vertical, ending in a chimney, which makes it possible to increase the efficiency of the UTK due to the use of gravity to remove combustion products from the boiler, and in accordance with clause 4, it is possible also through a flap valve and a bypass, bypassing convective heating surfaces of the boiler.

В дополнительном п.6 предлагается поперек колосниковой решетки, в её конце и/или над камерой выдержки кокса расположить загрузчик порций измельченного коксующегося угля, камеру выдержки кокса предлагается оформить в виде зигзагообразного канала, причем её нижнюю выполнить экранами котла и включить в тракт рециркуляции коксовых газов через пылеуловитель, дымосос рециркуляции и калориферы. При попадании порций частиц коксующегося угля между раскаленными кусками отожженного угля, они будут выделять смолы, склеивать горячие частицы угля, в том числе недефицитного неспекающегося и/или слабоспекающегося. При дальнейшем прогреве смолы застывают, образуя куски более качественного кокса, что повышает эффективность УТК. При этом кокс выдерживается при высокой температуре в верхней части, набирая прочность, пересыпается с перемешиванием и разрушением наиболее крупных кусков при движении вниз в зигзагообразном канале. Далее, причем только в нижней части камеры выдержки кокса, кокс охлаждается экранами и рециркуляцией коксовых газов перед выгрузкой, обеспечивая высокое качество кокса и полезное использования тепла с повышением эффективности УТК.In an additional clause 6, it is proposed to arrange a loader of portions of crushed coking coal across the grate, at its end and / or above the coke holding chamber, it is proposed to arrange the coke holding chamber in the form of a zigzag channel, and its lower one should be made with boiler screens and included in the coke oven gas recirculation path through a dust collector, recirculation exhauster and air heaters. When portions of coking coal particles get between hot pieces of annealed coal, they will release tar, glue hot coal particles, including non-deficient non-caking and / or low-caking coal. With further heating, the resins solidify, forming lumps of higher quality coke, which increases the efficiency of the UTK. In this case, the coke is kept at a high temperature in the upper part, gaining strength, is poured with stirring and destruction of the largest pieces when moving downward in a zigzag channel. Further, and only in the lower part of the coke holding chamber, the coke is cooled by screens and recirculation of coke oven gases before unloading, ensuring high coke quality and useful heat use with an increase in the efficiency of the UTK.

В дополнительном п.7 предлагается применить мокрое тушение кокса на более простом и дешевом в сравнении с прототипом пластинчатом транспортере выгрузки и охлаждения кокса с расположенной сверху системой дисперсной подачи воды и надежно работающими охлаждаемыми подрезающими планками, которые оснащены направленными встречно движению транспортера шипами и перемешивают смоченный слой кокса. Это повышает равномерность охлаждения кокса по толщине слоя и надежность УТК.In an additional clause 7, it is proposed to use wet quenching of coke on a lamellar conveyor for unloading and cooling coke, which is simpler and cheaper than the prototype, with a dispersed water supply system located on top and reliably operating cooled undercut bars, which are equipped with spikes directed opposite to the movement of the conveyor and mix the wetted layer coke. This increases the uniformity of coke cooling throughout the layer thickness and the reliability of the UTK.

В дополнительном п.8, в отличии от п.7, предлагается применить сухое тушение кокса в закрытом транспортере скребкового типа с охлаждаемой водой рубашкой. Кондуктивное охлаждение кокса не сопровождается увлажнением и термоударом. Это не только повышает качество кокса, но и эффективность УТК, так как тепло кокса используется для подогрева воды.In additional clause 8, in contrast to clause 7, it is proposed to apply dry quenching of coke in a closed scraper-type conveyor with a jacket cooled with water. Conductive coke cooling is not accompanied by humidification and thermal shock. This not only improves the quality of the coke, but also the efficiency of the UTK, since the heat of the coke is used to heat water.

В дополнительном п.9 (как и в п.7) предлагается установить в камере термоокислительного коксования с зазором 10-15 мм от поверхности решетки подрезающие планки. Эти планки, в отличии от прототипа, охлаждаемые, оснащены, направленными против движения слоя шипами. Поэтому они меньше изнашиваются, более надежны, подрезают и перемешивают слой, обеспечивая равномерное пропекание (охлаждение, п.7) слоя, что повышает качество кокса.In an additional item 9 (as in item 7), it is proposed to install undercut strips in the thermal-oxidative coking chamber with a gap of 10-15 mm from the grating surface. These slats, in contrast to the prototype, cooled, are equipped with spikes directed against the movement of the layer. Therefore, they wear out less, are more reliable, cut and mix the layer, ensuring uniform baking (cooling, p. 7) of the layer, which improves the quality of the coke.

В дополнительном п.10 предлагается камеру термоокислительного коксования подключить трактом горючих газов через пылеуловитель к конденсатору жидкой фазы и далее к сбросным соплам, которые установлены в камере зажигания с наклоном на слой угля и направлены тангенциально к условным осям формируемых в камере зажигания зажигающих вихрей. При охлаждении выделяющегося в камере термоокислительного коксования парогазового потока летучих, его значительная часть выделяется в конденсаторе, в виде горючей жидкости и сжигается только их часть, неконденсирующиеся горючие газы. Это позволяет увеличить производительность УТК по коксу за счет снижения выработки тепла, так как значительная часть теплоты сгорания не выделяется в котле. Горючая жидкость может использоваться как печное топливо или товарный продукт, что дополнительно усиливает независимость выработки кокса и тепловой энергии с соответствующим повышением эффективности УТК.In an additional paragraph 10, it is proposed to connect the thermooxidative coking chamber with a path of combustible gases through the dust collector to the condenser of the liquid phase and then to the discharge nozzles, which are installed in the ignition chamber with an inclination to the coal layer and directed tangentially to the conventional axes of the igniting vortices formed in the ignition chamber. When the vapor-gas flow of volatiles released in the thermooxidative coking chamber is cooled, a significant part of it is released in the condenser, in the form of a combustible liquid, and only part of them, non-condensable combustible gases, are burned. This makes it possible to increase the coke performance of the UTK by reducing heat generation, since a significant part of the combustion heat is not released in the boiler. The combustible liquid can be used as a heating oil or a commercial product, which additionally enhances the independence of the production of coke and heat energy with a corresponding increase in the efficiency of the UTK.

Изобретение иллюстрируется общей технологической схемой, приведенной на фиг.1 и горизонтальным сечением, на фиг.2, на котором поясняются схемы организации вихревой аэродинамики в камере зажигания, конденсации горючих газов и предварительной сушки и нагрева угля.The invention is illustrated by the general technological scheme shown in figure 1 and a horizontal section in figure 2, which explains the organization of vortex aerodynamics in the ignition chamber, condensation of combustible gases and preliminary drying and heating of coal.

УТК содержит, установленные последовательно по ходу угля и кокса, бункер угля 1, питатель угля 2, камеру сушки 3, которая заканчивается на колосниковой решетке 4, прямого хода, имеющей регулятор высоты слоя5, слой 6 и зоны первичного дутья 7, расположенные под колосниковой решеткой 4 и слоем 6. Над колосниковой решеткой 4 расположены камера зажигания 8 с соплами 9 вторичного дутья, переходящая в канал 10 отвода продуктов сгорания с конвективными поверхностями нагрева 11, включая воздухоподогреватель 12 котла 13, и камера термоокислительного коксования 14 с загрузчиком 15 измельченного коксующегося угля. При этом камеры зажигания 8 и термоокислительного коксования 14 отделены разделительным экраном 16. Далее расположены камера выдержки кокса 17, которая может быть выполнена в виде зигзагообразного канала и простой транспортер 18 пластинчатого типа. Над транспортером 18 находятся система дисперсной подачи воды 19 и установленная с зазором 10-15 мм от поверхности полотна охлаждаемая подрезающая планка 20, оснащенная, направленными встречно движению транспортера шипами, причем такая же подрезающая планка 20, или две, установлены и над колосниковой решеткой 4. Для выгрузки и охлаждения кокса предлагается применить и более эффективный транспортер скребкового типа с охлаждаемой водой рубашкой, с сухим охлаждением (не показан).The UTK contains, installed in series along the course of coal and coke, a coal bunker 1, a coal feeder 2, a drying chamber 3, which ends on a grate 4, a forward stroke, having a layer height regulator 5, layer 6 and zones of primary blast 7 located under the grate 4 and layer 6. Above the grate 4 there is an ignition chamber 8 with secondary blast nozzles 9, passing into a channel 10 for removing combustion products with convective heating surfaces 11, including an air heater 12 of a boiler 13, and a thermal oxidative coking chamber 14 with a loader 15 of crushed coking coal. In this case, the ignition chambers 8 and thermo-oxidative coking 14 are separated by a dividing screen 16. Further, there are a coke holding chamber 17, which can be made in the form of a zigzag channel, and a simple plate-type conveyor 18. Above the conveyor 18 there is a dispersed water supply system 19 and a cooled trimming bar 20 installed with a gap of 10-15 mm from the surface of the web, equipped with spikes directed opposite to the movement of the conveyor, and the same trimming bar 20, or two, is also installed above the grate 4. For unloading and cooling the coke, it is proposed to use a more efficient scraper-type conveyor with a water-cooled jacket, with dry cooling (not shown).

Работа УТК связана с высокой температурой, выделением и утилизацией больших потоков тепловой энергии. Поэтому здесь предлагается надежная, мало подверженная тепловым расширениям, конструкция, выполненная охлаждаемыми разделительным 16 экраном и внешними экранами 21 с наружной теплоизоляцией 22. Экраны 16 и 21 вместе с конвективными поверхностями нагрева 11 и калориферами 23, 24 и 25 включены в контуры циркуляции котла 13, парового или водогрейного. При этом экраны 16 и 21, расположенные в высокотемпературной зоне, закрыты плитами обмуровки 26, которые закрепленными шпильками 27 на экранах. Соответственно, где требуется охлаждение: в камере зажигания 8, в канале отвода продуктов сгорания 10 и в нижней части камеры выдержки кокса 17 экраны 16 и 21 открыты для восприятия тепла со стороны топочной среды.The work of the UTK is associated with a high temperature, the release and utilization of large flows of thermal energy. Therefore, a reliable, slightly subject to thermal expansion, design is proposed here, made of cooled dividing screen 16 and external screens 21 with external thermal insulation 22. Screens 16 and 21, together with convective heating surfaces 11 and heaters 23, 24 and 25, are included in the boiler circulation circuits 13, steam or hot water. In this case, the screens 16 and 21, located in the high-temperature zone, are closed with lining plates 26, which are fixed by pins 27 on the screens. Accordingly, where cooling is required: in the ignition chamber 8, in the combustion products removal channel 10 and in the lower part of the coke holding chamber 17, the screens 16 and 21 are open to receive heat from the combustion medium.

УТК также имеет контуры циркуляции и тракты сброса и подачи воздушных, паровых, газовых и парогазовых потоков:UTK also has circulation loops and ducts for discharge and supply of air, steam, gas and steam-gas flows:

- канал 10 отвода продуктов сгорания и соответственно камера зажигания 8 через откидной клапан 28 и байпас 29 подключены к атмосфере;- the channel 10 for the removal of combustion products and, accordingly, the ignition chamber 8 through the flap valve 28 and the bypass 29 are connected to the atmosphere;

- камера сушки 3 подключена снизу к тракту подачи горячего дутья 30, а сверху к тракту удаления паров влаги 31 топлива с дымососом 32 и соплами 9 вторичного дутья;- the drying chamber 3 is connected from the bottom to the hot blast feed path 30, and from the top to the moisture vapor removal path 31 of the fuel with the smoke exhauster 32 and the secondary blast nozzles 9;

- камера выдержки кокса 17, в нижней части включена в тракт рециркуляции коксовых газов 33 через пылеуловитель 34, дымосос рециркуляции 35 и калориферы 23;- coke holding chamber 17, in the lower part is included in the coke oven gas recirculation path 33 through a dust collector 34, a recirculation fan 35 and air heaters 23;

- камера термоокислительного коксования 14, фиг.2, подключена трактом горючих газов 36 через пылеуловитель 34, конденсатор 37 жидкой фазы, дымосос 32 и сбросные сопла 38 к камере зажигания 8;- the thermooxidative coking chamber 14, figure 2, is connected by a path of combustible gases 36 through a dust collector 34, a liquid phase condenser 37, a smoke exhauster 32 and discharge nozzles 38 to the ignition chamber 8;

- камера термоокислительного коксования 14 имеет каналы коксового газа 39, которые, как и сопла 9 вторичного дутья и сбросные сопла 38, направлены с наклоном на слой 6 угля и тангенциально к условным осям вращения 40 формируемых в камере зажигания 8 вертикальных вихрей 41;- the thermooxidative coking chamber 14 has coke oven gas channels 39, which, like the secondary blast nozzles 9 and the discharge nozzles 38, are directed with an inclination to the coal layer 6 and tangentially to the conventional axes of rotation 40 of the vertical vortices 41 formed in the ignition chamber 8;

- дутьевой вентилятор 42 котла через калорифер 25 и воздухоподогреватель 12 подключается к точки раздачи трактом подачи горячего дутья 30;- the blower fan 42 of the boiler through the air heater 25 and the air heater 12 is connected to the distribution point by the hot blast feed path 30;

- котел 13 включен по дымовым газам через пылеуловитель 34 и основной дымосос 43 к дымовой тубе 44, а обратной 45 и прямой 46 линиям в тепловую сеть.- boiler 13 is connected by flue gases through a dust collector 34 and the main smoke exhauster 43 to a chimney 44, and return 45 and straight 46 lines to the heating network.

Работа УТК. Розжиг угля осуществляется разово дровами или переносной газовой горелкой. В УТК подается уголь и воздух и сбрасываются дымовые газы, а производятся: кокс, печное топливо и тепловая энергия. При работе УТК из бункера угля 1, питателем угля 2 через камеру сушки 3 дозируется уголь, движущийся далее на колосниковой решетке 4 в слое 6 с толщиной, устанавливаемой регулятором высоты слоя 5. Дутьевой вентилятор 42 котла 13 через зоны первичного дутья 7 под слой 6, в сопла 9 вторичного дутья и камеру сушки 3 нагнетает подогретый в калорифере 25 и в воздухоподогревателе 12 воздух по тракту подачи горячего дутья 30. Образующиеся дымовые газы, поступающие из котла 13, очищаются в пылеуловителе 34 и подаются основным дымососом 43 в дымовую тубу 44. При растопке УТК и для сброса энергии взрыва горючих газов открывается откидной клапан 28, и дымовые газы отводятся на рассеивание в атмосфере через байпас 29.The work of the UTK. Coal is fired with wood or a portable gas burner. The UTK is supplied with coal and air, and flue gases are discharged, and produced: coke, heating oil and heat energy. When the UTK is operating from the coal bunker 1, the coal feeder 2 through the drying chamber 3 dozes the coal moving further on the grate 4 in layer 6 with a thickness set by the layer height regulator 5. The blowing fan 42 of the boiler 13 through the zones of the primary blast 7 under the layer 6, In the secondary blast nozzles 9 and the drying chamber 3, the air heated in the air heater 25 and in the air heater 12 is pumped along the hot blast feed path 30. The resulting flue gases coming from the boiler 13 are cleaned in a dust collector 34 and fed by the main exhaust fan 43 into the chimney 44. When to ignite the UTK and to discharge the energy of the explosion of combustible gases, the flap valve 28 is opened, and the flue gases are discharged for dispersion in the atmosphere through the bypass 29.

Для эффективности УТК важна максимальная независимость работы двух её технологий: технологии производства кокса и технологии генерации тепловой энергии. С этой целью через откидной клапан 28 и байпас 29 с горячими продуктами сгорания может выводиться избыточное тепло, обеспечивая производство кокса при снижении нагрузки котла вплоть до сброса всего неиспользуемого тепла в атмосферу. Кроме того в контуры циркуляции котла 13 могут быть включены калориферы 24 для сброса тепла на подогрев внешнего и дутьевого воздуха. Эти меры повышают выход кокса в режиме снижения потребления энергии. Производство кокса также можно увеличить за счет конденсации и вывода через конденсатор 37 части горючих газов в виде горючей жидкости. При этом в камере зажигания 8 сжигаются только не сконденсировавшиеся конденсаторе 37 горючие газы, которые подаются в неё через сбросные сопла 38 по тракту горючих газов 36 через пылеуловитель 34 дымососом 32, а жидкость, это печное топливо, товарный продукт. В итоге, производство кокса и тепловой энергии в предлагаемой УТК почти не зависимы и её работа эффективна.For the efficiency of the UTK, the maximum independence of the operation of its two technologies is important: the coke production technology and the thermal energy generation technology. For this purpose, excess heat can be removed through the flap valve 28 and the bypass 29 with hot combustion products, ensuring the production of coke when the boiler load is reduced until all unused heat is discharged into the atmosphere. In addition, heaters 24 can be included in the circulation circuits of the boiler 13 to release heat for heating the external and blast air. These measures increase the coke yield while reducing energy consumption. The production of coke can also be increased due to condensation and removal through the condenser 37 of a part of the combustible gases in the form of a combustible liquid. In this case, in the ignition chamber 8, only combustible gases that have not been condensed by the condenser 37 are burned, which are fed into it through the discharge nozzles 38 along the path of combustible gases 36 through the dust collector 34 by the smoke exhauster 32, and the liquid is heating oil, a marketable product. As a result, the production of coke and heat energy in the proposed UTK is almost independent and its work is efficient.

Основной товарный продукт – кокс выгружается из камеры выдержки кокса 17 транспортером 18 пластинчатого типа с мокрым тушением кокса системой дисперсной подачи воды 19 и при активном перемешивании и охлаждении смоченного слоя охлаждаемой подрезающей планкой 20. При этом, направленные встречно движению транспортера, шипы облегчают разрушение и ворошения слоя (как зубы на ковше экскаватора), защищают подрезающую планку 20 от износа. За счет применения в схеме УТК котла 13 с разделительным 16 и внешними экранами 21, конвективными поверхностями нагрева 11 и воздухоподогревателем 12 генерируется второй товарный продукт – тепловая энергия. Она затрачивается на подогрев теплоносителя, который поступает в котел 13 по обратной 45, а отводится в горячем виде по прямой 46 линии в тепловую сеть. При этом потери тепла в котле 13 и УТК минимальны, так как внешние экраны 21 с наружной стороны закрыты наружной теплоизоляцией 22. Остальные, внутренние потоки служат для повышения выхода и качества кокса.The main commercial product - coke is discharged from the coke holding chamber 17 by a plate-type conveyor 18 with wet quenching of coke with a dispersed water supply system 19 and with active mixing and cooling of the wetted layer with a cooled trimming bar 20. At the same time, spikes directed opposite to the movement of the conveyor facilitate destruction and tedding layer (like teeth on an excavator bucket), protect the undercut bar 20 from wear. Due to the use in the UTK circuit of a boiler 13 with a separating 16 and external screens 21, convective heating surfaces 11 and an air heater 12, a second marketable product is generated - heat energy. It is spent on heating the coolant, which enters the boiler 13 via reverse 45, and is discharged hot along a straight line 46 to the heating network. At the same time, heat losses in the boiler 13 and UTK are minimal, since the outer screens 21 are closed from the outside by the outer thermal insulation 22. The rest, the internal flows serve to increase the yield and quality of coke.

В камере сушки 3 через засыпку проходящего угля снизу, из тракта подачи горячего дутья 30 подается горячий воздух, который сушит, постепенно прогревает уголь и по тракту удаления паров влаги 31 дымососом 32 подается через сопла 9 вторичного дутья в камеру зажигания 8. При этом дымосос 32 регулируемо подсасывает через слой 6 угля, находящегося на колосниковой решетке 4 и выходящего из-под регулятора высоты слоя 5 также раскаленные дымовые газы из камеры зажигания 8. Их поток окончательно разогревает и частично воспламеняет слой 6 угля. При этом большой объём камеры сушки 3 обеспечивает длительное пребывание угля в ней и соответственно медленный его прогрев до высокой температуры без термоутара и растрескивания частиц.In the drying chamber 3 through the backfill of passing coal from the bottom, hot air is supplied from the hot blast feed path 30, which dries, gradually heats up the coal and, along the moisture vapor removal path 31, the smoke exhauster 32 is fed through the secondary blast nozzles 9 into the ignition chamber 8. In this case, the smoke exhauster 32 controllably sucks through the coal layer 6 located on the grate 4 and coming out from under the layer height regulator 5 also hot flue gases from the ignition chamber 8. Their flow finally heats up and partially ignites the coal layer 6. At the same time, the large volume of the drying chamber 3 ensures a long stay of coal in it and, accordingly, its slow heating to a high temperature without thermal stress and cracking of particles.

Затем уголь перемещается через камеру зажигания 8, в которую по каналам коксового газа 39 и сбросным соплам 38 подаются горючие газы, а через сопла 9 вторичного дутья поступает вторичное дутье и продукты сушки. При этом сопла 9, 38 и каналы 39 направлены с наклоном на слой 6 угля и тангенциально к условным осям вращения 40 формируемых в камере зажигания 8 вертикальных вихрей 41. Это обеспечивает закрутку вихрей 41 и интенсивные факелы горения коксового газа, проникающие в слой угля. Два горящих вертикальных вихря 41, фиг.2, дают устойчивое зажигание слоя угля, а также интенсивное охлаждение уходящего потока с восприятием тепла открытыми экранами 16 и 21 в камере зажигания 8 и в канале 10 отвода продуктов сгорания. Дымовые газы после охлаждения конвективными поверхностями нагрева 11 и воздухоподогревателем 12 сбрасываются через дымовую тубу 44.Then the coal moves through the ignition chamber 8, into which flammable gases are supplied through the coke oven gas channels 39 and the discharge nozzles 38, and the secondary blast and drying products are supplied through the secondary blast nozzles 9. In this case, the nozzles 9, 38 and channels 39 are directed with an inclination to the coal layer 6 and tangentially to the conditional rotation axes 40 of the vertical vortices 41 formed in the ignition chamber 8. This ensures the swirling of the vortices 41 and intense coke oven gas flares penetrating into the coal layer. Two burning vertical vortices 41, figure 2, provide a stable ignition of the coal bed, as well as intensive cooling of the outgoing stream with the perception of heat by open screens 16 and 21 in the ignition chamber 8 and in the channel 10 for the removal of combustion products. Flue gases after cooling by convective heating surfaces 11 and air heater 12 are discharged through the chimney 44.

Далее слой 6 угля после прохода под разделительным экраном 16 попадает, в высокотемпературную зону, в камеру термоокислительного коксования 14, теплоизолированную изнутри закрепленными шпильками 27 на экранах плитами обмуровки 26. Здесь осуществляется термоокислительная обработка угля при температуре 1000-1200°С, которую поддерживают за счет горения летучих и коксового остатка подколосниковым дутьем через зоны первичного дутья 7. При этом подрезающие планки 20 при перемещении колосниковой решетки 4 подрезают и перемешивают слой 6 угля, равномерно распределяя горение по поверхности и в объёме слоя 6, обеспечивая равномерное пропекание всего слоя сырья и получение полукокса.Further, the coal layer 6 after passing under the separating screen 16 enters the high-temperature zone, into the thermooxidative coking chamber 14, thermally insulated from the inside by the lining plates 26 fixed on the screens 27 on the screens. Here, the thermal oxidative treatment of coal is carried out at a temperature of 1000-1200 ° C, which is maintained at the expense of the combustion of volatiles and coke residue by under-grate blast through the primary blast zones 7. At the same time, the undercutting strips 20 when moving the grate 4 cut and mix the coal layer 6, evenly distributing the combustion over the surface and in the volume of layer 6, ensuring uniform baking of the entire raw material layer and obtaining semi-coke ...

После прохождения колосниковой решетки 4 полукокс ссыпается в камеру выдержки, одновременно перемешиваясь с порциями измельченного коксующегося угля, которые подаются загрузчиком 15, установленным поперек колосниковой решетки 4, в её конце или над камерой выдержки кокса 17. При попадании порций частиц коксующегося угля между раскаленными кусками угля, они будут разогреваться, выделять смолы и склеивать находящиеся рядом частицы угля, в том числе недефицитного неспекающегося и/или слабоспекающегося, образуя из них куски качественного кокса, что повышает эффективность УТК.After passing through the grate 4, the semi-coke is poured into the holding chamber, simultaneously mixing with portions of crushed coking coal, which are fed by a loader 15 installed across the grate 4, at its end or above the coke holding chamber 17. When portions of coking coal particles get between hot pieces of coal , they will heat up, release tar and glue the nearby particles of coal, including non-scarce non-caking and / or low-caking, forming lumps of high-quality coke from them, which increases the efficiency of the UTK.

В камере выдержки кокса 17 осуществляется термическая выдержка кокса для окончательного вывода летучих с увеличением структурной прочности кокса при постепенном гравитационном продвижении за счет собственного веса кокса по зигзагообразному каналу с разрушением при пересыпке наиболее крупных кусков кокса на поворотах. В нижней части камеры выдержки кокса 17 кокс постепенно охлаждается открытыми экранами 21 и рециркуляцией охлажденных в калорифере 23 коксовых газов, подаваемых по тракту рециркуляции коксовых газов 33 с помощью дымососа рециркуляции 35, что обеспечивает высокое качество кокса и полезное использования тепла, повышая этим эффективность УТК. Далее кокс доохлаждается и выгружается с мокрым тушением кокса на транспортере 18, как было описано выше, или в транспортере скребкового типа с охлаждаемой водой рубашкой при более эффективном сухом тушении кокса.In the coke holding chamber 17, coke is thermally held for the final withdrawal of volatiles with an increase in the structural strength of the coke with a gradual gravitational movement due to its own weight of the coke along a zigzag channel with destruction when pouring the largest pieces of coke at turns. In the lower part of the coke holding chamber 17, the coke is gradually cooled by open screens 21 and by recirculation of coke oven gases cooled in a heater 23 supplied through the coke oven gas recirculation path 33 using a recirculation fan 35, which ensures high coke quality and useful heat utilization, thereby increasing the efficiency of the UTK. Further, the coke is further cooled and discharged with wet quenching of coke on the conveyor 18, as described above, or in a scraper-type conveyor with a water-cooled jacket for more efficient dry quenching of coke.

Таким образом, в сравнении с прототипом, патент РФ № 2697472, предлагаемое изобретение обеспечивает заявляемые повышение выхода и качества кокса, повышение эффективности и надежности УТК за счет использования рассмотренных технических решений.Thus, in comparison with the prototype, RF patent No. 2697472, the proposed invention provides the claimed increase in the yield and quality of coke, increasing the efficiency and reliability of the UTK through the use of the considered technical solutions.

Claims

1. Installation for thermal oxidative coking of coals (UTK), containing consistently installed coal bunker, an ignition chamber with secondary blast nozzles and a channel for removing combustion products and a thermal oxidative coking chamber, which are separated by a dividing screen and located above the grate of the forward stroke, which has a layer height regulator at the input coal and below the grate of the primary blast zone, a coke holding chamber and a conveyor for unloading and cooling coke, characterized in that the walls of the chambers are cooled, in the form of screens, closed on the outside with thermal insulation, and on the inside are closed by lining, but only in the thermo-oxidizing chamber coking and in the upper part of the coke holding chamber.

2. Installation of thermal oxidative coking according to claim 1, characterized in that a fuel feeder and a drying chamber are sequentially installed under the coal bunker, ending on the grate and connected from the bottom to the hot blast feed path, and from above to the fuel moisture vapor removal path, which has a smoke exhauster recirculation and connected to the secondary blast nozzles.

3. Installation of thermal oxidative coking according to claim 1, characterized in that coke oven gas channels are installed in the separating screen, which, like the secondary blast nozzles, are directed into the ignition chamber, with an inclination to the coal layer and tangentially to the vertical vortices formed in the ignition chamber at least one.

4. Installation of thermal oxidative coking according to claim 1, characterized in that the screens are included in the circulation circuits of the steam or hot water boiler, while the boiler also has convective heating surfaces, including air heaters located in the channel for the removal of combustion products and included in the circulation circuits of the boiler air heaters for preheating blast and excess air, and the channel for the removal of combustion products through a flap valve and a bypass is connected to the atmosphere.

5. Installation of thermal oxidative coking according to claim 4, characterized in that the channel for the removal of combustion products is made vertical and ends with a chimney.

6. Installation of thermal oxidative coking according to claim 1, characterized in that across the grate, at its end and / or above the coke holding chamber, a loader of portions of crushed coking coal is located, and the coke holding chamber has the shape of a zigzag channel, in the lower part it is made with boiler screens and is included in the coke oven gas recirculation path through a dust collector, recirculation smoke exhauster and heaters included in the boiler circulation circuits.

7. Installation of thermo-oxidative coking according to claim 1, characterized in that the conveyor for unloading and cooling of coke is made in the form of a plate-type conveyor, which has a dispersed water supply system located on top and cooled trimming bars installed with a gap of 10-15 mm from the surface of the conveyor belt , moreover, the undercut strips are equipped with spikes directed opposite to the movement of the conveyor.

8. Installation of thermal oxidative coking according to claim 1, characterized in that the conveyor for unloading and cooling the coke is made in the form of a scraper-type conveyor with a water-cooled jacket.

9. Installation of thermal oxidative coking according to claim 1, characterized in that in the thermal oxidative coking chamber with a gap of 10-15 mm from the surface of the grate, cooled trimming strips are installed, equipped with spikes directed opposite to the movement of the grate.

10. Installation of thermal oxidative coking according to claim 1, characterized in that the thermal oxidative coking chamber is connected by a duct of combustible gases through a dust collector to the condenser of the liquid phase and then to the discharge nozzles, which are installed tangentially to the vertical vortices formed in the ignition chamber and directed with an inclination to the coal bed ...