Пути усовершенствования технологии подготовки углей для коксования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пути усовершенствования технологии подготовки углей для коксования

Совершенствование существующей и создание новой технологии подготовки углей для коксования включает комплекс мероприятий и технических приемов, основными из которых являются внедрение новых методов обогащения углей, рациональное составление угольных шихт, оптимальные степень и характер измельчения углей, увеличение плотности угольной загрузки, предварительная сушка и нагревание углей перед коксованием и др.

Новые методы обогащения, рациональное шихтование углей, оптимальная степень и характер измельчения углей дают возможность несколько расширить сырьевую базу коксования и улучшить физико-химические свойства кокса.

Повышение плотности угольной загрузки, направленное в основном па улучшение качества кокса, который получают из шихты со значительными добавками слабоспекающихся углей, достигается различными методами. К ним можно отнести трамбование шихты, частичное брикетирование и гранулирование шихты и добавление в шихту органических жидкостей. Практическое осуществление этих методов приводит также к некоторому повышению производительности камерных печей.

Одним из способов уплотнения угольной шихты перед коксованием, обеспечивающих экономию хорошо спекающихся углей при сохранении и даже улучшении качества кокса и повышении технико-экономических показателей его производства, является трамбование или брикетирование (полное или частичное).

При трамбовании топко измельченную шихту уплотняют в специальном устройстве вне коксовой печи при помощи падающих молотков. Уплотнение шихты возможно также предварительным брикетированием всей или части шихты в двухвалковых прессах без связующего или со связующим с последующей гравитационной загрузкой брикетов (одних или в смеси с оставшейся частью измельченной шихты) в камеры коксования.

Рис. Зависимость расширения шихты при коксовании от насыпной плотности шихты (а -- диапазон плотности брикетов для частично брикетированной шихты).

Основными предпосылками увеличения количества слабо- спекающихся углей в шихте для коксования при ее предварительном уплотнении является улучшение спекаемости шихты и качества получаемого кокса при повышении плотности шихты. Как показали исследования, спекаемость шихты, оцениваемая степенью ее расширения в дилатометре, при нагревании шихты увеличивается пропорционально квадрату плотности шихты. С увеличением плотности шихты возрастает прочность кусков й материала кокса (рис. 4.29).

При уплотнении шихты трамбованием можно повысить ее плотность до 1,05--1,15 т/м3. Вследствие сокращения расстояний между угольными зернами в уплотненном угольном пироге при коксовании требуется меньшее количество жидкой фазы и достигается большая прочность структуры кокса. Это обусловливает возможность использования шихт пониженной спекаемости.

Рис. Зависимость прочности кокса при испытании его в малом барабане от плотности шихты.

При уплотнении шихты брикетированием насыпная плотность шихты увеличивается в кетов, составляет в среднем 0,8 т/м3. Прочность кокса из частично брикетированной шихты выше, чем прочность кокса из обычной шихты той же плотности. Это объясняется чрезвычайно сильным расширением брикетов при размягчении по сравнению с расширением измельченной части шихты, что обусловливает значительное улучшение спекаемости шихты в целом. Поэтому процесс коксования частично брикетированных шихт протекает так, как если бы шихта в печи имела большую плотность

При расширении брикетов с выделением значительного количества парогазовых продуктов в пластическом состоянии происходит сжатие расположенных вокруг брикетов зерен шихты, что способствует спеканию этих зерен. В связи с этим процесс коксования частично брикетированной шихты улучшает ее спе- каемость и качество кокса, а также позволяет использовать для коксования угли пониженной спекаемости.

Трамбование шихты. Коксование трамбованных шихт применяется в промышленном масштабе па ряде коксохимических заводов в ФРГ, ЧССР, ПНР, ГДР, Франции и других стран, обеспечивая получение доменного кокса из шихт со значительным содержанием слабоспекающихся углей.

Трамбование угольной шихты позволяет увеличить степень помола шихты без снижения производительности коксовых печей и ухудшения условий труда и их эксплуатации.

Технология коксования трамбованных шихт заключается в том, что угольная шихта подается из угольных башен, которые находятся с машинной стороны коксовой батареи, в бункер уплотняющей, загрузочной и коксовыталкивающей машины. В специальной форме, соответствующей форме и размерам камеры коксования, в течение 3 мин происходит уплотнение угольной загрузки, и образуется угольный пирог. Гото вый угольный пирог направляется па под- доне в камеру коксования, поддон затем выдвигается на место, в форму, и дверь камеры закрывается.

Отсос газов, образующихся в момент загрузки угольного пирога в камеру коксования, осуществляется с помощью устройства для очистки газов загрузки, установленного на вагоне. Вагон перемещается по вер-- ху батареи, и газы отсасываются через отверстия в своде печи. Газы загрузки сжигают в топочной камере, расположенной на. вагоне, а образующиеся продукты горения охлаждаются, промываются водой от пылЩ и удаляются в атмосферу при температуре) около 70"С.

Коксование трамбованной шихты можно комбинировать с ее термической подготов-' кой. Угольную шихту с высоким содержанием слабоспекающихся и неспекающихся компонентов (до 80%) нагревают до 170--180°С, смешивают с 6% нефтяного битума и уплотняют в трамбовочной машине, такой же, ка-к и для трамбования влажной шихты. Трамбованный пирог вдви-' гают в камеру коксования; продолжительность процесса его коксования сокращается на 25--30%, а производительность коксовой печи увеличивается не менее чем на 35%.

Существенным преимуществом комбинированного процесса трамбования термоподготовленной шихты со связующим является значительное улучшение качества кокса по сравнению с коксом, полученным из трамбованной влажной шихты. Выход металлургического кокса (класс >25 мм) при коксовании термоподготовленной трамбованной шихты на 5% выше, чем при коксовании влажной трамбованной шихты.

Для получения кокса высокого качества комбинированием процессов термоподготовки и трамбования достаточно, если в шихте содержится 10--15% хорошо спекающихся углей

Технико-экономические показатели комбинированного про-, цесса лучше, чем показатели процесса коксования трамбовант ной влажной шихты, за счет уменьшения стоимости шихты, увеличения производительности коксовых печей и улучшения качества кокса.

Процесс предварительного брикетирования всей шихты без связующего осуществляется в двухвалковых прессах производительностью до 40 т/ч. Полученные брикеты транспортируют ковшовыми элеваторами в углезагрузочный вагон коксовой батареи. Плотность предварительно брикетированной шихты в камере коксования составляет 750 вместо 650 кг/м3 для небрнкетировапиой шихты.

В ФРГ разрабатывается комбинированный процесс, в котором сочетается сушка шихты при температуре 100°С с последующим ее брикетированием при добавлении 4--6% каменноугольной смолы. Период коксования сухой брикетированной шихты сокращается на 17--20%, а производительность коксовых печей повышается примерно на 35% по сравнению с коксованием влажной брикетированной шихты.

Преимуществами комбинированного процесса сушки и брикетирования шихты перед коксованием по сравнению с (раздельными процессами термической подготовки и брикетирования являются возможность использования одной ступени термической подготовки шихты, что обеспечивает снижение затрат и повышение безопасности процесса; устранение уноса угольной ныли в газосборник; компактность установки и меньшая чувствительность к перебоям в работе установки.

Впервые в промышленном масштабе частичное брикетирование шихты было осуществлено в 1971 г. в Японии, и в настоящее время этот метод широко применяется на ряде коксохимических заводов ФРГ, Индии и других стран.

На рис. 4.32 приведена принципиальная схема процесса коксования частично брикетированных шихт. По этой технологии брикетируемая часть шихты имеет те же состав и степень

Рис. Принципиальная схема процесса коксопания частично брикетированной шнхты измельчения, что и основная часть шихты, не подвергающаяся брикетированию.

Брикетируемая часть (30%) шихты смешивается со связующим в шнековом смесителе для равномерного распределения связующего в угольной массе и поступает в смеситель-пластификатор с паровым обогревом с целью расплавления связующего и повышения гомогенности массы. Общий расход связующего составляет 6--8% от брикетируемой части шихты. В качестве связующего применяют низкотемпературный пек (температура размягчения 35°С), который в расплавленном состоянии разбрызгивается в шихту, находящуюся в закрытой емкости.

Для брикетирования применяют двухвалковые прессы производительностью 30--100 т/ч. Размер полученных брикетов 44X44X26 мм. Для упрочения брикетов их охлаждают на колосниковом конвейере, на котором одновременно осуществляется отсев разбитых брикетов, направляемых снова в смеситель.

Брикеты и оставшаяся часть (70%) измельченной шихты поступают в отдельные секции угольной башни. В процессе выгрузки их из угольной башни в заданном соотношении на ленточные питатели и при последующем транспортировании в углезагрузочный вагон шихта и брикеты перемешиваются.

Принципиально иной разновидностью процесса частичного брикетирования шихты является процесс, заключающийся в том, что в брикетируемую часть шихты вводят только слабоспе- кающиеся и неспекающиеся компоненты шихты. Для увеличения содержания неспекающихся углей в шихте в этом процессе используют высокотемпературный нефтяной пек в качестве связующего или дополнительной спекающей добавки к брикетируемой части шихты.

Различие в схемах этого процесса в том, что в первой из них высокотемпературный нефтяной пек используют в качестве ; спекающей добавки в шихту, во второй --в качестве одного из,; компонентов связующего при брикетировании (другим компо центом является каменноугольная смола). В первом варианте в качестве связующего используется низкотемпературный ка менноугольный пек.

Длительный опыт эксплуатации установок по коксованию-.; частично брикетированных шихт показал, что при увеличении;" доли слабоспекающихся и неспекающихся углей в шихте на'; 15--20% можно получать доменный кокс высокого качества.

Дальнейшее развитие этого процесса должно идти по пути; совершенствования прессов брикетирования и снижения стой мости связующего.

Эффективность коксования частично брикетированной ших-;| ты определяется тем, что дополнительные расходы на брикети-; ровапие значительно меньше снижения стоимости шихты при использовании большого количества слабоспекающихся и не* спекающихся углей. Дополнительный эффект получают в до* менном 'производстве за счет улучшения качества кокса

Коксование термически подготовленной шихты. Предварительное нагревание углей и шихт позволяет увеличить ее плотность па 15--30% и значительно повысить сыпучесть за счет уменьшения влажности и изменения свойств поверхности зерен. Каждый тип угля и шихты характеризуется определенной температурой, нагревая до которой уголь или шихту, достигают максимума увеличения их плотности и сыпучести. Значения этих температур лежат для большинства углей и шихт в области 200--250 °С. После достижения максимума плотности дальнейшее нагревание угля приводит к интенсивному выделению окклюдированных газов и изменению свойств поверхности угольных зерен, вследствие чего насыпная плотность массы начинает уменьшаться, оставаясь все же выше значений для влажных углей.

Влияние термической подготовки углей на процесс коксования является сложным и проявляется в следующем:

повышается спекаемость угольной загрузки за счет увеличения плотности и скорости ее нагрева на первой стадии процесса;

улучшается процесс спекания из-за увеличения скорости нагрева па второй стадии процесса;

уменьшается трещиноватость кокса за счет снижения перепада температур в загрузке и уменьшения градиента скоростей' усадки смежных слоев полукокса -- кокса.

Положительное влияние предварительной термической подготовки на качество кокса тем больше, чем меньше спекаемость угольной загрузки и чем выше выход летучих веществ из нее.

На технологические свойства угольной загрузки оказывают влияние также условия ее термической подготовки, конечная температура и скорость нагрева, содержание кислорода в теплоносителе и др. При быстром предварительном нагревании расширяется температурный интервал перехода углей в пластическое состояние, и температура максимального размягчения сдвигается в область более высоких значений. Такое глубокое воздействие термической подготовки углей и их смесей на процесс коксования объясняет, почему при этом процессе достигается наибольшее улучшение качества кокса но сравнению с применением других методов подготовки.

Коксование термически подготовленных шихт имеет ряд преимуществ.

Улучшается -качество кокса вследствие увеличения плотности загрузки на 15--30%, уменьшения перепада температур в угольной загрузке, увеличения скорости нагревания до пластического состояния, снижения сернистости и повышения равномерности и постоянства показателей физико-химических свойств кокса.

Расширяется сырьевая база коксования за счет значительного увеличения в шихтах доли газовых и слабоспекающихся углей.

Увеличивается производительность коксовых печей на 25--50% вследствие повышения плотности загрузки и снижения периода коксования.

Улучшаются условия эксплуатации огнеупорной кладки камер коксования (уменьшаются термические удары).

Уменьшается количество сточных вод и парогазовых продуктов коксования благодаря удалению из шихты всей влаги.

Термическая подготовка и загрузка шихты в камеры коксования осуществляются тремя способами. Одним из них является трубопроводное транспортирование шихты (загрузки), предварительно нагретой в подогревателе с кипящим слоем. В двух других способах предварительное нагревание осуществляется в трубах-сушилках; нагретую шихту загружают в камеры коксования с помощью цепного конвейера или специального углеза- грузочпого вагона.

В основу способа трубопроводной загрузки положено нагревание угольной шихты в аппарате с псевдоожиженным слоем, который одновременно выполняет роль дробилки, и трубопроводное транспортирование шихты в коксовые печи (рис. 4.33).

Влажный уголь разделяют на два класса. Уголь класса >25 мм дробят, присоединяют к углю класса <25 мм и направляют в зону скоростной сушки, куда подается горячий газ-теплоноситель

Частично подсушенный уголь выносится восходящим потоком теплоносителя в расширенную зону подогревателя, где создается псевдоожиженный слой; в нижней части подогревателя расположена ротационная молотковая дробилка. Верхний предел крупности измельченного угля составляет 6 мм, при этом выход угля класса <3 мм достигает 90%. Подогретый до 260°С уголь отделяется от теплоносителя в обычных циклонах. угольный коксование термоподготовка трамбование

Горячий уголь из циклонов поступает в приемный бункер, из которого периодически подается в дозировочный бункер, а из него -- в загрузочный трубопровод коксовых печей. По трубопроводу уголь транспортируется к пе-

Рис. Технологическая схема установки для предварительного нагрева и; трубопроводной загрузки шихты:

/ -- угольная башня; 2 -- грохот; 3 -- дробилка; 4 -- бункер-питатель; 5, /2 -- шнековые питатели; б -- камера сжигания газа; 7 -- зона скоростной сушкн; 3 -- дробилка-смеси* тель; 9 -- зона кипящего слоя; 10, 11 -- соответственно первичный н вторичные циклоны*'' 13 -- приемный бункер; 14 -- дозировочный бункер; 15 -- дозатор; 16 -- коксовые печн; /7 -- дымосос.

Рис. 4.34. Технологическая схема термической подготовки шихты и конвейерной загрузки ее в камеры коксования:

/--буккер влажной шнхты; 2-- бункер-дозатор влажной шнхты; 3-- вибрационный питатель; 4 -- сушка (первая ступень термоподготовкн шихты); 5, 7 -- соответственно первичные и вторичные циклоны--дли отделения сухой и нагретой шнхты; 6 -- подогреватель (вторая ступень термоподготовкн шихты); в -- смеситель; 9 -- промежуточный цепной конвейер; 10 -- газодувка для рециркулирующего теплоносителя; 11 -- камера сжигании; 12 -- сухой электрофильтр; 13 -- мокрый электрофильтр; 14 -- трубчатый конвейер мелкого угля; 15 -- промежуточный сборник шихты; 16 -- бункер-дозатор загружаемой шнхты; 17 -- цепной конвейер на коксовой батарее; 18 -- дроссельные клапаны на конвейере; 19 -- загрузочная тележка; 20 -- коксовые печи, чам под действием пара, подаваемого в трубопровод через форсунки, расположенные по его длине. На главном трубопроводе для каждой печи расположены индивидуальные клапаны для ее подключения и отключения во время загрузки нагретой шихты в печи через загрузочный люк.

Достоинствами этого способа загрузки являются герметичность трубопроводной системы, хорошее качество кокса из шихт с повышенным содержанием слабоспекающихся углей. Недостатками способа являются низкая плотность нпевмозагруженной шихты (только на 2--4% выше плотности влажной шихты); значительный унос ее в газосборник при загрузке; повреждения огнеупорной футеровки подогревателей; забивание пылеотводящих труб вторичных циклонов и др.

По способу конвейерной загрузки осуществляется двухступенчатое нагревание угольной шихты в восходящем потоке газа-теплоносителя п гравитационной загрузки ее в коксовые печи с помощью закрытого конвейера (рис. 4.34). Загрузочный трубопровод расположен на специальной, передвигающейся вдоль батареи загрузочной тележке. При загрузке нагретой шихты через два загрузочных люка со скоростью 6 т/мин отпадает необходимость в планировании шихты. Температура нагретой шихты при загрузке в коксовые печи 170--200 °С

Достоинством этого метода коксования термически подготовленной шихты является несложное аппаратурное оформление процессов подогрева и загрузки шихты в коксовые печи. К недостаткам можно отнести измельчение шихты при нагревании и некоторое снижение ее плотности по сравнению с плотностью этой же шихты, нагретой другими способами. Смола, получаемая иа этих установках, отличается большой запыленностью (зольность 0,2--0,3%) и более высоким по сравнению с обычной смолой содержанием веществ, нерастворимых в хинолинепроцессом сухого тушения кокса, разработанного в СССР. Часть циркулирующего газа с этой установки используется для подогрева шихты.

При способе загрузки с помощью нагона сушка и нагревание шихты осуществляются в трубах -- сушилках, а загрузка нагретой шихты в камеры коксования -- с помощью специального углезагрузочного вагона.

В углезагрузочные вагоны нагретая шихта поступает через уплотняющие соединения между выпускными клапанами бункеров для хранения и бункерами вагона. Бункера вагонов соединены с промывочными скрубберами, в которых улавливается унесенная угольная пыль.

Продукты сгорания образующихся при загрузке газов поступают в скруббер,' где промываются водой, подаваемой под высоким давлением через оросительные форсунки. Очищенный газ выпускают в атмосферу, а шлам возвращают в шламосборник.

При вагонном способе загрузки нагретой шихты плотность ее в камере коксования выше, чем при других методах загрузки. Однако при этом увеличивается масса углезагрузочного вагона и усложняется его конструкция.

Непрерывные процессы получения различных видов кокса