Технология коксохимического производства

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Липецкий государственный технический университет

Металлургический институт

Кафедра химии

ОТЧЕТ

о производственной практике на КХП ОАО «НЛМК» коксохимический цех

Студент Углов Д.В.

Группа ХТ-13

Руководитель

доцент, к.х.н. Бондаренко А.В.

Руководитель от предприятия Струков Д.Д.

Липецк 2016

Содержание

Введение

1. Назначение и состав коксового цеха

2. Основные конструкции современных коксовых печей

3. Температурный режим обогрева коксовых печей

4. Процесс косообразования в коксовых печах

5. Характеристика оборудования

5.1 Газоотводящая арматура коксовых печей

5.2 Отопительная арматура коксовых печей

5.3 Оборудование и приборы кантовочного помещения

5.4 Обслуживающие машины

6. Комплексная механизация и автоматизация в коксовых цехах

Заключение

Список источников

Введение

Коксохимическое производство является поставщиком не только металлургического кокса, но и поставщиком ценных химических продуктов.

Развитие и повышение технического уровня доменного, литейного, электротермических и других производств вызывает необходимость увеличения выпуска различных видов кокса высокого качества. В связи с этим одной из важнейших задач, стоящих перед коксохимической промышленностью, является получение высококачественного кокса, обеспечивающего высокую эффективность тех процессов, в которых он применяется. Эта задача должна решаться одновременно со значительным расширением сырьевой базы с целью использования для производства кокса больших запасов слабоспекающихся и неспекающихся углей, обладающих большим химическим потенциалом, а также с обеспечением высокой производительности труда при минимальной его вредности и высоких технико-экономических показателях работы коксохимических предприятий.

В мировом производстве кокса и химических продуктов коксования, только по количеству вырабатываемого кокса, но и по технической оснащенности отечественная коксохимическая промышленность обогнала многие страны мира.

Большеемкие коксовые батареи в сочетании с бездымной загрузкой и установками сухого тушения кокса изменили облик коксохимического предприятия: укрупнились угольные и газовые потоки, увеличились мощности агрегатов во всех цехах. Эффективное развитие получило химическое крыло, стимулом чему послужил быстрый рост химической промышленности. Возникли мощные цехи по централизованной переработке каменноугольной смолы и сырого бензола, получению серной кислоты, этилбензола, роданидов, фталевого ангидрида, антрацена.

В последнее время развитие получило комплексное использование в шихтах коксохимических предприятий углей различных бассейнов наряду с осуществлением методов дифференцированного обогащения углей разной спекаемости с максимальным использованием и сокращением потерь ценных дефицитных марок коксующихся углей. Широко используется термическая обработка шихты перед коксованием, производство формованного кокса из газовых и слабоспекающихся углей, выработка специальных видов кокса для недоменных производств; осуществлено строительство коксовых печей из высокотеплопроводных огнеупорных материалов, что позволяет значительно увеличить скорость коксования.

Современный коксохимический завод является высокомеханизированным предприятием, имеющим в своем составе необходимые службы обеспечивающие бесперебойную работу всего цикла.

1. Назначение и состав коксового цеха

коксовый печь производственный арматура

Коксовый цех служит для переработки угольной шихты с получением кокса и газообразных химических продуктов (аммиака, сырого бензола, каменноугольной смолы). Назначение коксового цеха - производить из угольной шихты кокс, соответствующий техническим условиям, и летучие продукты коксования при обеспечении установленной производительности коксовых печей и нормативного срока их службы. В состав коксового цеха входят: коксовые батареи со вспомогательными и обслуживающими устройствами и сооружениями; угольные башни; коксовые машины; тушильные башни для мокрого тушения кокса с насосами и отстойниками; установки сухого тушения кокса (УСТК) с устройствами для приема, тушения и подачи потушенного кокса на сортировку; коксовые рампы с устройствами для приема возвратного кокса и подачи кокса на сортировку; коксосортировки с устройствами для рассева кокса и коксоиспытательной станцией; установки для термической подготовки шихты.

Процесс производства кокса состоит из следующих технологических операций: загрузки камер коксования угольной шихтой; процесса коксования со строго определенным временем выдачи готового кокса; мокрого или сухого тушения кокса; сортировки кокса по крупности. В угольных башнях накапливается оперативный запас шихты, обеспечивающий непрерывную работу батарей в течение не менее 12 ч. В сортировочном отделении кокс рассортировывается по классам крупности: кокс >25 мм, как правило, подается в доменные печи, мелкие фракции кокса используются для агломерации руд, в цветной металлургии, химической промышленности. Некоторая часть крупного кокса используется для литейных целей. Коксовый цех, расположенный в составе металлургического комбината, обычно связан с доменным цехом ленточными конвейерами, по которым кокс поступает в бункера доменных печей. Кроме того, в составе каждого коксового цеха имеются погрузочные устройства и накопительные бункера для отправки кокса железнодорожным транспортом.

Коксовой батареей называется группа коксовых печей, работающих в едином технологическом режиме, с общим фундаментом и устройствами для подвода отопительных газов и воздуха, отвода продуктов сгорания и коксования. В составе коксового цеха может быть несколько коксовых батарей. Коксовые батареи компонуются в блоки, объединяемые общей угольной башней, системой приемки выдаваемого из печей готового кокса и его тушения. Количество коксовых печей в батарее различное. В Российской федерации имеются коксовые батареи с количеством печей от 37 до 77, а рубежом - до 100 и более. Взаиморасположение коксовых батарей определяется компоновкой коксового цеха. Угольная башня может располагаться между двумя коксовыми батареями, в этом случае ее емкость до 3000 т угольной шихты; между четырьмя коксовыми батареями, расположенными в одну линию, в этом случае ее емкость составляет 6000 т шихты. Как правило, коксовая батарея обслуживается одним комплектом коксовых машин. Сторону батареи, вдоль которой движется коксовыталкивающая машина, называют машинной, противоположную сторону, на которую выдается кокс - коксовой. В комплект коксовых машин коксовой батареи входят: коксовыталкиватель, загрузочный вагон, двересъемная. машина коксовой стороны. Блок из двух коксовых батарей обслуживается одним коксовозным вагоном, который доставляет горячий кокс к тушильному устройству. Обычно блок из двух коксовых батарей при мокром тушении (охлаждение кокса водой) имеет одну коксовую рампу (наклонную площадку), где кокс после тушения выдерживается определенное время перед поступлением на коксосортировку. На четыре коксовые батареи обычно строят одну коксосортировку и один комплект накопительных бункеров кокса. Производительность коксовых батарей в Российской федерации составляет от 200 тыс до 1 млн. т. кокса в год. Коксовый цех работает в непрерывном режиме с периодическими остановками выдачи кокса на отдельных блоках по цикличному графику. Обогрев коксовых печей производится непрерывно.

2. Основные конструкции современных коксовых печей

В России и некоторых развивающихся странах находятся в эксплуатации и строятся горизонтальные коксовые печи конструкции Гипрококса (Государственный институт по проектированию предприятий коксохимической промышленности): с парными вертикалами и рециркуляцией (системы ПВР с боковым и нижним подводом тепла), с перекидными каналами (системы ПК, ПК-2К и ПК-2КР) и с групповым обогревом (система ГКП-49), которые используются для коксования как каменноугольного пека, так и углей.

Для производства формованного кокса и коксования сланцев разработаны конструкции вертикальных печей. Коксовые печи с парными вертикалами и рециркуляцией продуктов горения (система ПВР). Это горизонтальные периодически действующие регенеративные печи с боковым подводом отопительного газа и воздуха и с улавливанием химических продуктов коксования. Печи системы ПВР строятся как комбинированного, так и некомбинированного типа.

Характерной особенностью этих печей является отопительный простенок, состоящий из попарно сгруппированных отопительных каналов. Каждая пара смежных вертикалов соединена вверху перевальным окном, а внизу рециркуляционным для подачи части продуктов горения с нисходящего на восходящий поток.

В комбинированных печах ПВР под каждым отопительным простенком расположены два регенератора - один для бедного газа, другой для воздуха, каждый из которых соединен короткими соединительными каналами (косыми ходами) с вертикалами одного простенка и длинными - с вертикалами смежного простенка.

Богатый газ поступает через два газоподводящих канала (корнюра), проходящих в газораспределительной (корнюрной) зоне под всем отопительным простенком. Через один корнюр газ подается в нечетные вертикалы, через другой - в четные. В одну кантовку работает только один корнюр, поэтому в отопительном простенке горение газа происходит в половине отопительных каналов (вертикалов), а через другую половину отводятся продукты горения. Такой же порядок горения и при обогреве бедным газом.

Достоинствами печей системы ПВР являются: малое сопротивление отопительной системы; равномерность обогрева коксовой камеры по высоте; высокая строительная прочность отопительного простенка (по сравнению с печами, имеющими сборный горизонтальный канал). Недостатком печей ПВР является более сложная по сравнению с другими системами конструкция газораспределительной (корнюрной) зоны, что усложняет конфигурацию фасонных изделий, увеличивает расход огнеупорных материалов. а) Коксовые печи ПВР с нижним подводом отопительного газа и воздуха и нижним регулированием. Горизонтальные периодические регенеративные с нижним подводом отопительного газа и воздуха и с улавливанием химических продуктов коксования печи этого типа могут быть комбинированные и некомбинированные рисунок

Рисунок 1 Коксовая печь с нижним подводом тепла

При строительстве коксовых батарей на отдельных площадках и при строительстве новых коксохимических заводов предпочтение отдают печам с нижним подводом отопительного газа и воздуха. В этом случае коксовую батарею строят на железобетонной плите, которая опирается на колонны, расположенные на нижележащей фундаментной плите. В пространстве, образуемом двумя плитами и изолированном от влияния наружного воздуха, размещают газопроводы отопительных газов, арматуру для подвода газов и отвода продуктов горения.

Устройство камер коксования, отопительных простенков и перекрытия печей такое же, как и в других печах системы ПВР. Главное отличие печей этой системы заключается в том, что богатый газ через специальные металлические патрубки, заложенные в железобетонной плите при строительстве, проходит в газоподводящие каналы - дюзы 14, находящиеся в разделительных стенках регенераторов, а из них через горелки с калиброванным отверстием выходит в вертикалы. Это позволяет точно дозировать подвод тепла не только к каждому отопительному простенку, но и к каждому вертикалу.

Регенераторы в печах с нижним подводом разделены на отдельные секции 5, каждая из которых соединительными каналами (косыми ходами) 4 связана с определенным вертикалом.

При обогреве бедным газом воздух из помещения под коксовой батареей (туннель), где расположены все регулировочные устройства, под действием естественной тяги, создаваемой дымовой трубой, втягивается в клапаны, расположенные по сторонам подовых каналов, которые представляют собой нижнюю часть воздушных регенераторов отопительных простенков.

Бедный газ из газопровода поступает в подовый канал 10 газового регенератора.

Подовый канал отделен от регенератора колосниковой решеткой, в которой имеются калиброванные отверстия регулируемого и постоянного сечения. Регулирование (распределение) потоков бедного газа и воздуха по секциям регенераторов осуществляется снизу через специальные отверстия в опорной плите и подовых каналах.

Все секции каждого воздушного и газового регенераторов работают на одноименном потоке. Нагретый газ и воздух по косым ходам проходят в вертикалы. Образующиеся продукты горения поднимаются вверх по вертикалу, через перевальное окно в разделительной стенке между вертикалами проходят в смежный вертикал, откуда по косым ходам поступают в соответствующие секции регенератора, далее в подовый канал, отводящий продукты горения (нисходящий поток), и через боров направляются в дымовую трубу.

При обогреве. коксовым газом во все подовые каналы и секции регенераторов, работающие на восходящем потоке, поступает воздух, который по тому же пути проходит в вертикалы.

Расширенная стена регенераторов, в которой проложены вертикальные каналы для подачи богатого газа в вертикалы, размещена под обогревательным простенком. Она является стеной, разделяющей разноименные потоки в регенераторах. Таким образом, между осями двух смежных простенков расположены два регенератора - газовый и воздушный, работающие на одноименном потоке. Из этих регенераторов бедный газ и воздух по длинным и коротким косым ходам поступают в вертикалы обоих смежных простенков. Продукты горения отводятся в следующую пару регенераторов, работающих на восходящем потоке. Таким образом, в печах системы ПВР с одним простенком работают четыре регенератора.

Основным преимуществом коксовых печей с нижним подводом является возможность более точного и легко осуществимого дозирования количества тепла по длине отопительного простенка, что создает предпосылки для обеспечения одинакового качества кокса по длине камеры коксования и повышения производительности печей.

Печи с нижним подводом тепла имеют камеры коксования с полезным объемом 32,6 и 41,6 м3 и высотой до 7 м; ширина камеры 410 и 450 мм, длина до 16 м.

Недостатками печей этой конструкции являются большое число изделий, используемых марок кирпича, повышенная металлоемкость. Капитальные затраты на сооружение этих печей выше, чем на сооружение печей с боковым подводом системы ПВР. Для печей с нижним подводом требуются более качественная очистка отопительного газа от примесей и более высокая культура обслуживания.

б) Коксовые печи с перекидными каналами (системы ПК). Горизонтальные периодического действия регенеративные с боковым подводом отопительного газа и воздуха и с улавливанием химических продуктов коксования эти печи могут быть комбинированные и некомбинированные. В настоящее время работают коксовые батареи систем ПК, ПК-2К, ПК-2КР комбинированные и ПК-2К комбинированные и некомбинированные для отопления только бедным газом типичная конструкция печей системы ПК-2К (печи с перекидными каналами двухкорнюрные).

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рисунок 2 Коксовая печь системы ПК-2К

Воздух и бедный газ через регенераторы и косые ходы попадают в вертикалы отопительного простенка. Продукты горения из вертикалов, работающих на восходящем потоке, собираются в сборном горизонтальном канале, разделенном по длине простенка на шесть секций, объединяющих по четыре - пять вертикалов. Каждая секция обслуживается одним перекидным каналом, по которому продукты горения попадают в соответствующую секцию сборного горизонтального канала смежного простенка, и, распределяясь по вертикалам, через косые ходы проходят в регенераторы, работающие на нисходящем потоке. Газовые регенераторы обслуживают по два простенка, у каждого простенка установлен воздушный регенератор. Такая компоновка позволяет уменьшить число опасных стен, разделяющих разноименные потоки.

Каждые два простенка работают попарно, и поэтому в печах системы с перекидными каналами обязательно должно быть четкое число простенков. При обогреве печей богатым газом в обоих регенераторах (газовом и воздушном) тепло используется для подогрева воздуха.

Богатый газ поступает в обогревательные каналы каждого простенка через два газоподводящих канала (корнюра), которые в отличие от печей системы ПВР работают одновременно: один подает газ в четные, другой - в нечетные вертикалы.

Для улучшения равномерности прогрева угольной загрузки по высоте в печах ПК-2КР по сравнению с печами ПК-2К осуществляется рециркуляция продуктов горения по системе Кулакова. Для этого в разделительных стенках между вертикалами выполнены специальные каналы (один или два). Из верхней части вертикала продукты горения через рециркуляционный канал подсасываются в нижнюю часть вертикала, удлиняя факел горения.

Достоинства печей систем ПК-2К и ПК-2КР заключаются в простоте конструкции, высокой строительной прочности, в использовании меньшего числа марок кирпича, чем в печах других систем. Недостатками являются повышенное сопротивление отопительной системы, трудность обеспечения равномерного обогрева угольной загрузки при увеличении высоты камеры коксования.

Печи различных систем с перекидными каналами имеют камеры полезной емкостью главным образом 21,6 и 20 м3. Длина камеры 13-14 мм, число вертикалов 26-28, высота камеры 4,3 м, ширина 407 мм.

Коксовые печи с групповым обогревом - горизонтальные периодического действия регенеративные с боковым подводом отопительного газа и воздуха и с улавливанием химических продуктов коксования как комбинированные так и некомбинированные.

Отличительной особенностью печей этой конструкции является то, что горение газа осуществляется одновременно во всех вертикалах отопительных простенков поочередно машинной или коксовой стороны. Продукты горения по сборному горизонтальному каналу, расположенному в верхней части отопительного простенка и проходящего по всей его длине, направляются в вертикалы стороны, находящейся на нисходящем потоке, и через косые ходы поступают в регенератор. а далее через подовые каналы - в боров.

Богатый газ через один корнюр, расположенный в основании простенка, проходит к вертикалам одной из сторон простенка (машинной или коксовой). В соответствии с этим все регенераторы этой стороны работают на подогрев воздуха, а все регенераторы противоположной стороны (нисходящий поток) - на отвод продуктов горения, поэтому опасной стенкой, разделяющей разноименные потоки, является центральная перегородка в регенераторе. Печи с групповым обогревом имеют обычно небольшую длину-l0-12 м и соответственно 20-22 вертикала; высота камеры 3 м, ширина 450 мм, полезный объем 1415 м3.

В случае коксования пек а газоотводящий люк расположен посередине камеры коксования и соответственно газосборник по оси батареи.

Достоинствами печей этой системы являются простота конструкции, меньшее по сравнению с другими системами число фасонных изделий. Недостатки - некоторое уменьшение строительной прочности простенков в зоне горизонтального канала, Б связи с этим - трудности увеличения размеров камеры коксования, а, следовательно, и производительности печей.

Вертикальные печи - непрерывного действия регенеративные, некомбинированные камерные печи с внешним обогревом предназначены в основном для производства недоменного кокса из крупнокусковых неспекающихся или слабоспекающихся углей, для получения металлургического кокса при коксовании угольных формовок коксования сланцев.

Наибольшее распространение получили печи с внешним обогревом, в которых теплопередача от сгорающего в отопительном простенке газа к коксуемому материалу осуществляется через стенку. Отопительный простенок перегородками разделен на горизонталы.

В вертикальных печах некоторых конструкций отопительные простенки разделены вертикалами.

Каждая печь представляет собой вертикальный агрегат; группа из 4-7 печей (батарея) устанавливается на железобетонной плите, опирающейся на основные и вспомогательные колонны. Под фундаментной плитой расположены разгрузочные устройства печей.

В соответствии с технологией коксования в вертикальных печах в направлении сверху вниз по температурному режиму различают четыре зоны: нагрева, коксования, выдержки и охлаждения. В соответствии с этим стены, ограничивающие каждую зону, могут иметь разную толщину и выполняться из различных материалов.

Отопительная система печей характеризуется следующими особенностями:- прямоточным движением газовых потоков, при котором с одной стороны отопительного простенка осуществляется одновременное горение коксового газа во всех - обогревательных каналах, а с другой стороны - Отвод продуктов горения;



Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рисунок 3 Вертикальная коксовая печь

- расположением регенераторов по сторонам печи. В некоторых конструкциях регенераторы располагаются ниже уровня печей. Так, коксовый газ может поступать в четные горизонталы 4 с одной стороны. В нечетные горизонталы подается из регенераторов воздух, который через отверстия проходит в четные горизонталы. Продукты горения отводятся в регенераторы 11 и далее через боров в дымовую трубу 2. Через 20-30 мин происходит изменение направления газовых потоков.

Непрерывные вертикальные печи имеют следующие преимущества перед печами периодического действия: возможность создания оптимального регулируемого температурного режима коксования загрузки при прохождении ее в различных зонах по высоте печи; малая площадь, занимаемая коксовым блоком; уменьшение числа коксовых машин (отсутствие коксовыталкивателя и загрузочного вагона); снижение эксплуатационных расходов; увеличение производительности печи; удлинение срока службы камер в результате поддерживания более постоянных температур; возможность регулирования выхода и теплоты сгорания коксового газа путем отбора его на различных по высоте уровнях камеры коксования.

Недостатками вертикальных печей непрерывного действия являются невозможность подвергать коксованию спекающиеся угли, а значит, и использовать их для производства доменного кокса, а также повышенный расход тепла на коксование.

Высота камер печей такого типа составляет 8-12 м, ширина 400-450 мм, длина 3-5 м.

За рубежом строят и эксплуатируют принципиально такие же, как и в России, горизонтальные регенеративные коксовые печи периодического действия с боковым и нижним подводом отопительного газа.

Толщина стен камеры коксования в зарубежных печах составляет 80-115 мм (против 105-115 мм в отечественных печах). При меняемые огнеупоры имеют повышенную теплопроводность: 2,2-3,9 Вт/(м.К) благодаря добавкам в динасовый материал некоторого количества СuО и FeO. Для обеспечения равномерности обогрева по высоте камеры коксования практически в каждой конструкции применяется подвод отопительного газа и воздуха в вертикалы на разной высоте путем применения высоких горелок для газа и специальных каналов для подвода воздуха в разделительных стенах вертикалов

3. Температурный режим обогрева коксовых печей

Температурный режим устанавливают для заданных периодов коксования и данного качества шихты с тем, чтобы обеспечить равномерную и полную готовность коксового пирога.

Соответственно заданному составу и влажности шихты, для каждой батареи коксовых печей разрабатывают таблицу технологических режимов при разных периодах коксования, по которым производят обогрев. Заданный температурный режим обогрева коксовых печей обеспечивает равномерный 7нагрев всех обогревательных простенков батареи и постоянную температуру для каждого периода коксования.

Правильность установленных значений температур, для контрольных вертикалов батареи и правильность, разности температур между коксовой и машинными сторонами, проверяют путем измерения температур в осевой плоскости коксового пирога, согласно требования.

На верху печей установлен автоматический сигнализатор времени начала измерения температур, который дает сигнал через 5 минут после кантовки.

Измерение температур в контрольных вертикалах по длине батареи производят один раз в смену. При работе на предельных температурах (14200С (1693К) с коксовой стороны) частоту измерений увеличивают. Разность температур в контрольных вертикалах каждого отдельного простенка от средней температуры по батарее не должна превышать 20 0С, кроме простенков, работающих на особом режиме.

Средние температуры в контрольных вертикалах не должны отличаться от заданных по технологическому регламенту более 7 0С ( 7К) на батареях со сроком службы до 20 лет и 1О 0С (10K) на батареях, прослуживших более 20 лет.

Максимально допустимая температура в любой точке всех вертикалов обогревательного простенка через 20 секунд после прекращения подачи газа не должна превышать для динасовых печей 1450 0С (1723К).

Измерение температур в регенераторах производят один раз в месяц. При достижении температуры в верхней зоне регенераторов 1300°С (1573К) частоту измерений увеличивают. Распределение температур в контрольных вертикалах по длине всех простенков проверяют не реже одного раза в год при наличии закрытых верхних регистров и одного раза в шесть месяцев во всех остальных случаях. На печах, работающих на предельных температурах, это измерение про изводят не реже одного раза в шесть месяцев.

Измерения температур по длине простенков производят при постоянном режиме обогрева батареи равномерной выдаче кокса и осуществляют через 5 минут после кантовки.

Разность температур между соседними вертикалами не должна превышать 20°С (20К), а для печей, эксплуатируемых более 20 лет - 30°С (30К). Максимальные температуры по длине отопительных простенков должны находиться на 3-4 вертикале с коксовой стороны.

Температуру в крайних вертикалах измеряют оптическим пирометром не реже 1 раза в месяц. Температуры в крайних вертикалах устанавливают в зависимости от температуры кокса против оси крайнего вертикала, которая не превышает 850-950 0С(1123-1223К). Перепад температур по высоте головочной части коксового пирога поддерживают при возможности, не более 100°С (100К). При работе на удлиненных периодах коксования температуры в крайних вертикалах поддерживают в среднем по батарее не ниже 1140°C (1413 К) с машинной и 1180°C (1453К) с коксовой стороны.

Отклонения температур в крайних вертикалах отдельных простенков от средней по данной стороне батареи допускаются в пределах 400С (40К), а для печей, находящихся в эксплуатации более 20 лет, в пределах 500С (50К), а более 20 лет 600С (60К).

Температура в контрольных вертикалах крайних простенков поддерживают ниже средней температуры остальных простенков батареи на 30 0С (30К).

При длительных аварийных простоях коксовых печей температуру в обогревательных простенках печей, включая крайние вертикалы, не опускают ниже 11000С (1373К). Горение газа в вертикалах обогревательного простенка считают нормальным, если оно заканчивается на восходящем потоке до пере вала на нисходящий поток и в продуктах горения отсутствует оксид углерода.

При плановых переходах на более высокие скорости коксования допускается повышение температуры в контрольных вертикалах, не более чем на 750С (348К) в сутки. Кантовку обогрева печей про изводят автоматически с интервалом в 20 минут. Коксовый газ, поступающий на обогрев печей, нагревают до температуры 40 - 60 0С (313 - 333К), для предотвращения выпадения нафталина и конденсата. Данный газ содержит нафталина и смолистых веществ, не более 0,3 г/м3.

При остановке выдачи кокса с изменением периода коксования свыше часа снижают поступление газа и воздуха на обогрев батареи в целом.

Для каждой батареи про изводят учет систематически перегреваемых и отстающих по температуре простенков, за ними устанавливают тщательное наблюдение и принимают необходимые меры к выравниванию температур в них. Преобразование трещин или других неплотностей в распределительных газопроводах немедленно прекращают обогрев, снижают давление до (500кгс/м2) потребления газа и одновременно принимают меры к быстрой герметизации поврежденных мест. При значительных повреждениях газопровода в него подают пар, а подачу газа на обогрев прекращают до полной ликвидации аварии. Если поврежденный газопровод расположен в тоннели, то необходимо принять меры к усиленному проветриванию тоннеля.

Между машинным залом цеха химического улавливания и кантовочным помещением устанавливают двухстороннюю прямую связь со световой и звуковой сигнализацией. На каждой батареи необходимо иметь подвод пара давлением не ниже О,9МПа (9кгс/см2) для подключения к газопроводам, гидрозатворам и другим нуждам.

4. Процесс коксообразования в коксовых печах

Процесс коксования угольной загрузки шихты проходит через несколько стадий, определяемых температурой нагрева. При повышении в загрузке температуры до 100 -- 110 °С из углей выделяется влага, при температурах 350 -- 390 °С сухой уголь начинает разлагаться с образованием жидкой и газообразной фаз -- переходит в "пластическое состояние". При дальнейшем нагревании "пластическая масса" затвердевает при температурах 400 -- 500 °С с образованием "полукокса". Дальнейший подъем температуры приводит к выделению летучих веществ из полукокса, его усадке, трещинообразованию образованию твердого оплавленного, разбитого трещинами материала -- кокса. Процесс коксообразования заканчивается при температуре 1000 -- 1050 °С.

В камере коксовых печей основное значение имеет распределение тепла в загрузке, поскольку от способа и условий подвода тепла зависит ход термохимических превращений и образование конечных продуктов. Температура греющих стен современных коксовых камер составляет обычно в |среднем 1100--1150 °С. После загрузки холодной угольной шихты температура стенки падает до 750 -- 800 °С, но затем в течение 2 ч вновь повышается до 850 -- 900°С. Процесс коксования слоев загрузки, расположенных у греющих стен, протекает с высокой скоростью, и эта часть быстро переходит в пластическое состояние. Для углей и пластической массы характерна низкая теплопроводность. Поэтому прогрев слоев загрузки, удаленных от стен камеры коксования, протекает относительно медленно. Полукокс обладает гораздо большей теплопроводностью, которая возрастает по мере его перехода в кокс.

Через 4 -- 5ч после начала коксования, загрузка в камере представляет и несколько слоев, каждый из которых соответствует определенной стадии процесса коксования. По мере нагревания загрузки пластический слой формируется во все более удаленных от стен зонах, а в слоях, расположенных ближе к стенкам, идут превращения, соответствующие стадиям формирования полукокса и кокса. Внешнее же проявление процесса слоевого коксования в отношении образования пластического слоя заключается как бы в движении этого Слоя от греющих стен камеры к центру загрузки. В процессе коксования происходит усадка загрузки в вертикальном и поперечном направлениях.

Вертикальная усадка зависит от свойств шихты, выхода летучих веществ, влажности, степени измельчения и составляет 5 -- 15 %.

Вследствие давления, развиваемого выделяющимися при разложении угольного вещества газами, в пластическом слое и в загрузке, «давления распирания», коксуемая загрузка в течение первых 10 -- 11 ч коксования прижата к стенке камеры. Затем происходит поперечная усадка, т. е. отход боковой поверхности коксового пирога от стенки камеры, с образованием к концу коксования зазора 4-10 мм.

Процессы усадки коксующейся загрузки приводят к образованию трещин. Продольные (вдоль куска, т. е. в направлении от греющей стенки к осевой плоскости камеры) трещины возникают в результате напряжений, образующихся из-за значительной разницы в скорости усадки соседствующих слоев полукокса и кокса, вследствие разницы температур по ширине коксуемой загрузки.

Развивающиеся трещины разделяют массив полукокса -- кокса на куски. Этот процесс завершается обычно за 2 -- 3 часа до конца коксования. Кроме продольных, в кусках возникают поперечные трещины, которые являются вторичными. Щелевое пространство между кусками, образующееся при их отходе друг от друга вследствие продолжающейся усадки, интенсивно прогревается лучеиспусканием от стен камеры. Боковая поверхность кусков, прилегающих к щели, нагревается больше, чем внутренняя поверхность в том же сечении. Это вызывает разницу в скорости усадки поперек кусков, возникновение напряжений и трещин. При выдаче готового коксового "пирога" из камеры штангой коксовыталкивателя и падении в коксотушильный вагон "пирог" разрушается на куски.

Парогазовые продукты разложения угольного вещества двигаются из угольной загрузки в двух направлениях: от пластического слоя к стенке коксовой камеры на "горячую" сторону и внутрь угольной загрузки к центру камеры на "холодную" сторону. Такое распределение газовых потоков обусловлено высокой плотностью - сопротивлением пластического слоя. Расчеты показывают, что, в общем, на горячую сторону выделяется более 70% всех парогазовых продуктов, которые, проходя через трещины в полукоксе, двигаются вдоль греющих стен и через подсводовое пространство камеры коксования уходят в газоотводящий люк.

Парогазовые продукты, идущие на "холодную строну", проходят через загрузку в верхнюю зону и, пройдя через загрузку, также поступают в подсводовое пространство. Во время прохождения через трещины в полукоксе -- коксе, а также вдоль стен камеры и в подсводовом пространстве парогазовые продукты подвергаются интенсивному пиролизу (разложению под влиянием высоких температур).

Чем выше температура коксования, чем больше время пребывания парогазовых продуктов в подсводовом пространстве, тем интенсивнее пиролиз, то есть меньше выход смолы, и она тяжелее. Больше отложений графита на своде камеры. В сыром бензоле меньше ценного компонента толуола, а в смоле «меньше фенолов.

Время пребывания парогазовых продуктов в подсводовом пространстве зависит от его объема, то есть от полноты загрузки камер коксования.

Если камера недогружена, объем подсводового пространства большой, верх загрузки перегрет и в результате интенсивного пиролиза выход и качество химических продуктов ухудшается.

В процессе нагрева угля без доступа воздуха происходят сложные химические и физико-химические превращения органической части материала угля, в результате которых выделяются парообразные и газообразные продукты и образуется твердый остаток -- кокс.

Одновременно происходят физические явления, существенно влияющие на процесс коксообразования.

Первая стадия соответствует нагреву угля (шихты) до 200 °С. В энергетическом отношении межмолекулярные связи органических веществ углей прочнее внутримолекулярных. При указанном нагреве угля выделяются низкомолекулярные газы (СО2, СО, Н2О и др.) снижается содержание групп ОН и СООН. При этом заметной деструкции основной структурной цепи макромолекул не происходит, но все же совершаются некоторые внутримолекулярные перегруппировки, определяющие дальнейшее направление термохимических превращений.

Вторая стадия соответствует нагреву от 200 до 300 -- 350 °С. В этом в интервале температур еще не происходит значительной потери массы, но усилившиеся тепловые колебания молекул способствуют частичному отщеплению Н2О, СО, СО2, СН4 и Н2. Совершаются значительные внутримолекулярные перегруппировки. Третья стадия соответствует нагреву от 350 до 450 -- 470 °С. В этом интервале температур происходит небольшая потеря массы и изменяется агрегатное состояние вещества -- из сыпучего состояния оно переходит в пластическое (жидкоподвижное) и наблюдается незначительное смоловыделение. Подводимая извне энергия расходуется на разрыв химических связей (преимущественно эфирных и кислородных) внутри основной структурной цепи.

Этот процесс сопровождается разукрупнением молекул (диссоциацией), в результате чего новые молекулы меньшего размера способны переходить в пластическое состояние. В зависимости от природы углей, степени их метаморфизма глубина этих превращений, а также температуры этой стадии процесса различны. В данной стадии наряду с процессами деструкции протекают и процессы синтеза (структурирования), однако процессы деструкции преобладают над процессами поликонденсации.

Четвертая стадия соответствует нагреву от 450 до 500--550 °С и сопровождается резким уменьшением массы угля в основном за счет выделения смолы. Происходит отверждение пластической массы, резко возрастает отношение С: Н, продолжается выделение низкомолекулярных газов. На данной стадии протекают преимущественно процессы поликонденсации, которые определяет деструкция, вызывающая возникновение активных центров для конденсаций.

Пятая стадия соответствует нагреву от 500--550 до 850--900 °С и характеризуется постепенным уменьшением массы за счет выделения низкомолекулярных газов, в основном водорода. В результате дегидрирования образуются активные центры, происходит ассоциация (уплотнение) в твердой фазе. Резко увеличивается отношение С: Н, а также истинная плотность твердого остатка -- кокса.

В интервале 500--550 °С, как указывалось выше, происходит образование полукокса -- пластическая масса затвердевает и начинает приобретать вид и свойства кокса. По своей структуре полукокс уже не похож на уголь. Он потерял сыпучесть, приобрел пористое строение и способность образовывать куски (кусковатость). Полукокс отличается от кокса значительным выходом летучих веществ, темным цветом (кокс серебристо-стальной), меньшей прочностью и по ристостью.

Отдельные стадии процесса коксообразования зарождаются в последовательном порядке одновременно у обеих стенок коксовой камеры и по мере проникновения тепла в глубь загрузки продвигаются к центральной осевой плоскости печи, где промежуточные слои (пластический, полукокс), перемещающиеся от стенок коксовой камеры, сближаются. При этом одноименные промежуточные зоны сходятся (а в пластическом состоянии сливаются), затем исчезают, переходя в последующее состояние.

При воздействии температуры и времени на угольную загрузку, находящуюся в камере коксования, вязкая пластическая масса оказывает большее или меньшее сопротивление эвакуации продуктов разложения, которые стремятся увеличить объем угольной загрузки (привести к ее вспучиванию); при этом может развиваться определенное давление распирания, которое зависит также от газопроницаемости слоев полукокса-кокса и густоты сети трещин, образующихся в них.

Газопроницаемость и вспучивание пластической массы зависят от вязкости угля в пластическом состоянии. Крупность и степень трещиноватости кокса, так же, как и структура тела кокса, зависят не только от свойств исходных углей или состава шихт, но и от основной особенности процесса в современных печах -- его послойности.

Линейная скорость коксования колеблется от 27--30 до 40 мм/ч. Получение из угольной шихты кокса осуществляется в динасовых коксовых печах, представляющих собой камеры прямоугольной формы, имеющие под, свод и две стенки

Размеры камеры: длина 14--17 м, высота 4,2--7,0 м, средняя ширина 0,41--0,45 м.

Между стенками двух камер по всей длине их расположен обогревательный простенок, состоящий из отдельных каналов, в которых происходит горение отопительного газа, а тепло раскаленных продуктов горения через стенки передается угольной загрузке, которая через 12--14 ч превращается в кокс.

Шихта загружается в разогретую до высоких (1100 - 1200 0С) температур камеру. В процессе коксования происходит уменьшение высоты загрузки, т. е. вертикальная усадка коксового пирога в результате уплотнения угольной засыпи и усадки образовавшегося полукокса - кокса. Обычно вертикальная усадка достигает 200--250 мм, а при коксовании сильно усадочных углей доходит до 400 мм и более. Величина вертикальной усадки в большой степени влияет на выход химических продуктов коксования. Обогревательные каналы, расположенные между боковыми стенками коксовых камер, не доходят до уровня свода камеры. Делается это для того, чтобы выделяющиеся при коксовании газы, проходя по подсводовому пространству к газоотводящему люку, не перегревались и не разлагались.

Установлено, что наиболее благоприятной температурой в подсводовом пространстве следует считать 650--750° С. При таком режиме получают большой выход газа, аммиака, смолы, бензола и толуола. При 800--900°С и выше происходит разложение наиболее ценных продуктов, особенно толуола и смолы.

При этом выделяется большое количество твердого углерода в виде графита, который оседает на стенках и сводах камер, затрудняет выдачу кокса из печи и при больших отложениях способствует появлению тугого хода. Кроме того, графит проникает в поры кирпича и постепенно разрушает его.

5. Характеристика оборудования

5.1 Газоотводящая арматура коксовых печей

Сырой коксовый газ из камер коксования отводится через стоянки в газосборники, расположенные с одной или двух сторон камер коксования. Второй газосборник устанавливают для улучшения отвода газов при бездымной загрузке коксовых печей.

Стояки имеют следующие основные узлы: стальная вертикальная труба, футерованная огнеупорным кирпичом; чугунное перекидное колено с крышкой; чугунная клапанная коробка, оборудованная тарельчатым поворотным клапаном. В верхней части стояка располагаются форсунки орошения сырого коксового газа аммиачной водой и паровое сопло для инжекции газов при бездымной загрузке коксовых печей.

Форсунку орошения сырого коксового газа устанавливают таким образом, чтобы конус распыления аммиачной водой перекрывал все сечения потока газа и при этом вода не могла бы попасть в коксовую камеру. Аммиачная вода орошения газа в стояке служит гидрозатвором при закрытии клапанной коробки, с помощью которой колено стояка соединяется с газосборником.

На стояках новых типов колена изнутри футеруются шамотным кирпичом. Это позволяет поднять температуру в колене стояка, уменьшить конденсацию высококипящих компонентов сырого коксового газа" на внутренней поверхности колена и свести до минимума необходимость его очистки от нагара.

Клапанная коробка оборудована поворотным тарельчатым клапаном, при горизонтальном положении которого образуется гидрозатвор и печь отключается от газосборника. Высота гидрозатвора 40 мм. В верхней части колена стояка имеется гнездо для крышки стояка. Рычаги подъема крышки стояка и гидрозатворов клапанной коробки связаны так, чтобы при открывании клапана гидрозатвора крышка стояка закрывалась, а при закрывании клапана открывалась.

Газоотводящий люк может заграфичиваться из-за чрезмерно высоких температур в подсводовом пространстве коксовой камеры, которые бывают при недогрузе печей, наличии больших скосов загрузки у дверей и при повышенной усадке шихты.

Температура наружной поверхности стояков может составлять 130--150 °С, поэтому для защиты людей от теплового излучения стояков на них навешивают металлические щиты, обшитые листовым асбестом.

5.2 Отопительная арматура коксовых печей

На батареях различных конструкций отопительная арматура и распределительные газопроводы выполнены по-разному в зависимости от способа подвода отопительного газа и конструкции отопительной системы. На батареях с комбинированным обогревом предусмотрен подвод богатого и бедного газа, а на батареях с некомбинированным обогревом имеются газопроводы только коксового или доменного газов. Если на обогрев подается смесь газов, то используется устройство для их смешения. Смесь газов можно подавать через смесительную станцию, расположенную вне коксового цеха.

Отопительный газ подводится в районе кантовочных помещений. Соответственно изменяется и разводка газопроводов в туннелях под кантовочными помещениями.

Коксовый газ на обогрев батареи поступает после очистки в химических цехах завода.

Из подводящего газопровода в распределительные газопроводы коксовый газ проходит через газоподогреватель или по обводному газопроводу. Коксовый газ подогревается для предотвращения выпадения нафталина и конденсата в распределительных газопроводах и газоподводящей арматуре. Температура газа после газоподогревателя составляет 50--70 °С. Подогрев газа осуществляется глухим паром с избыточным давлением 2,94--4,90 кПа (3--5 ат). Пар на газоподогревателъ подводится от парораспределительного коллектора в туннеле. Автоматическое регулирование подачи пара на газоподогреватели позволяет держать температуру газа в узком интервале.

Доменный газ на обогрев батареи подается после его обеспыливания на металлургическом заводе. Подводящий газопровод доменного газа в туннеле разветвляется на два распределительных газопровода по сторонам батареи. При необходимости добавки коксового газа к доменному на распределительных газопроводах доменного газа имеются смесители с подводами коксового газа и предусмотрен подвод пара. Коксовый газ подается по смесительному газопроводу.

Подводящие и распределительные газопроводы отопительного газа имеют задвижки, дроссельные устройства для автоматического регулирования подачи газа на обогрев и измерительные диафрагмы.Для отвода конденсата на подводящих и распределительных газопроводах имеются конденсационные горшки, куда могут подаваться техническая вода и пар. Конденсат из газопроводов отводится в фекальную канализацию или в отстойники тушильных башен.

На батареях с боковым подводом газа распределительные газопроводы коксового газа располагают в боковых туннелях на уровне туннельных площадок. Распределительные газопроводы доменного газа помещают в специальных туннелях по сторонам батареи ниже уровня подовых каналов регенераторов.

На батареях с нижним подводом газа распределительные газопроводы отопительного газа находятся под верхней фундаментной плитой в нижнем туннеле. На батареях большой емкости с нижним подводом имеются два распределительных газопровода коксового газа, которые располагаются под полупростенками.

По концам газопроводов коксового газа устанавливают продувные свечи диаметром 75--100 мм и конденсационные горшки. В верхней части конденсационного горшка имеется штуцер, соединяющий его с продувной свечой выше крана, отключающего продувную свечу.

На концах распределительных газопроводов доменного газа есть продувные свечи, выведенные на 5 м от верха батареи. Свечи эти имеют автоматически действующие затворы с противовесами, которые регулируются на рабочее давление доменного газа.

Арматура отопления печей коксовым газом крепится с помощью фланцевых соединений на штуцерах, приваренных к распределительному газопроводу.

На печах с боковым подводом коксовый газ подается в корнюры через стопорный и реверсивный краны, гибкий стальной шланг, газовую «пушку» и чугунный вкладыш, который заделывается в кладку и служит началом корнюра.

Газовые пушки снабжены крошками, подсоединенными к специальному кантовочному устройству. При открывании этих крышек в неработающий корнюр засасывается воздух и происходит обезграфичивание корнюра и горелок вертикалов нисходящего потока.

С помощью декарбонизационной лебедки крышки поднимают через 2--5 мин после кантовки и выключают за 2--5 мин до нее. Количество воздуха на обезграфичивание регулируют подъемом крышки, изменяя длину цепочки, соединяющей крышку с рычагом кантовочного механизма, или диафрагмированием отверстия.

На современных печах ПК-2К и ПВР применяют сдвоенную газовую арматуру. Два смежных корнюра при этом обслуживаются одним стопорным и одним кантовочным краном. При сдвоенной арматуре изменение диафрагмирования одного подводящего патрубка влияет на количество газа, поступающего в другой патрубок. Для устранения этого недостатка и уменьшения размеров кантовочного и стопорного кранов для печей

ПВР разработана конструкция четырехходового крана. По этой конструкции объединяется арматура, подводящая газ к обоим корнюрам одного простенка.

Па печах с нижним подводом коксовый газ подается в вертикальные дюзы через стопорный и реверсивный краны, а затем через распределительные патрубки, коллекторы и вертикальные патрубки, которые вделаны в кладку. Реверсивный кран -- четырехходовый, в нем имеется диафрагмированное окно для обезграфичивания дюз и горелок вертикалов нисходящего потока. Количество газа на полупростенок дозируется с помощью калиброванных диафрагм,вставленных во фланцевые соединения. Под каждым полупростенком имеются два коллектора, которые соединяются с вертикальными патрубками резиновыми переходными трубками, крепящимися хомутами. Количество газа на каждый вертикал регулируется калиброванными шайбами и диафрагмами.

Доменный газ и воздух в подовые каналы регенераторов подаются через газовоздушные клапаны.

В газовые регенераторы бедный газ поступает через регулировочный и реверсивные клапаны. При работе батареи на богатом газе реверсивный клапан может принимать воздух через воздушную крышку, расположенную в верхней его части. При работе на бедном газе эта крышка закрепляется в закрытом положении. При работе газового регенератора на нисходящем потоке продукты горения уходят через дымовые патрубки и каналы в боров.

5.3 Оборудование и приборы кантовочного помещения

Кантовочное помещение служит для управления обогревом батареи и для установки контрольных и регулирующих приборов. В него выведены штурвалы задвижек подводящих и распределительных газопроводов отопительного газа, установлены щит регистрирующих и указывающих приборов, стенд струйных регуляторов, кантовочная и декарбонизационная лебедки.

На щите КИП расположены приборы, которые указывают или регистрируют следующие основные технологические параметры:

1) расход и давление отопительных газов в общем и распределительном газопроводах;

2) температуру коксового газа до и после газоподогревателя;

3) температуру доменного газа;

4) разрежение и температуру в общем борове и в боровах по сторонам батареи;

5) температуру и давление в газосборниках (параллельно с приборами, установленными в будке КИП газосборника);

6) разрежение в верхней части регенераторов восходящего потока по сторонам батареи;

7) содержание кислорода и диоксида углерода в дымовых газах боровов по сторонам батареи;

8) теплоту сгорания отопительного газа в общем газопроводе.

5.4 Машины, обслуживающие коксовые печи

Современные коксовые печи обслуживают следующие коксовые машины:

1) углезагрузочный вагон;

2) коксовыталкиватель;

3) двересъемная машина;

4) тушильный, или коксовозный, вагон с электровозом.

С помощью этих машин и их механизмов производят все основ-ные и вспомогательные операции по загрузке печных камер шихтой и выдаче из них готового кокса

Взаимосвязь между машинами осуществляется следующим образом. Углезагрузочный вагон, набрав очередную порцию шихты под угольной башней, транспортирует ее к камере, подлежащей загрузке. Во время схода шихты из среднего бункера машинист углезагрузочного вагона дает сигнал машинисту коксовыталкивателя на подачу в печь планирной штанги для разравнивания шихты.

Выдача кокса из камеры производится коксовыталкивателем, сигнал на выталкивание коксового пирога дает машинист электровоза тушильного вагона, когда направляющая ванна двересъемной машины вдвинута в печь с коксовой стороны и тушильный вагон готов к приему кокса. Работа обслуживающих машин строго взаимосвязана по времени.

...