Меню

Коксовое оборудование что это

История развития коксовых установок

В XVIII и в первой половине XIX в. и древесный уголь и каменноугольный кокс для черной металлургии производился в кучах и стойлах.

При производстве кокса в кучах и других примитивных устройствах получалось много мелкого кокса. Металлурги использовали только крупные куски. Изобретение специальных топок способствовало использованию кокса как энергетического топлива для производства пара. Как сырье для производства светильного газа уголь использовался уже с 1792 г. После открытия Лавуазье способа получения водяного газа и изобретения Сименсом газогенератора мелкий кокс получил постоянного потребителя.

В связи с тем, что при производстве кокса в кучах выделяется очень много дыма и газов, загрязняющих атмосферу, и такое производство требует больших площадей, в XVIII в. начинают появляться другие устройства, прообразы закрытых печей, для производства металлургического кокса. Необходимость уменьшить производственные площади, загрязнение атмосферы, а также более полно использовать угольную мелочь привела к созданию так называемых «шаумбургских стойл», получивших такое название по местности, где они были впервые построены в Моравии на территории современной Чехии.

Между каменными стенами длиной 8 – 20 метров, высотой 1,0 – 1,6 метров, расположенными на расстоянии 1,5 – 2,3 метра друг от друга, послойно засыпался уголь. Каждый слой увлажнялся и утрамбовывался. Для создания специальных каналов, по которым должен был поступать необходимый для горения воздух, в уголь закладывали деревянные шесты. После окончания укладки слоев шесты вынимали, и утрамбованный уголь покрывали слоем глины. Каналы, по которым должны были выходить дымовые газы и выделяющиеся при нагреве угля парогазовые продукты его разложения, прокладывали в стенах. Уголь поджигали через отверстия в стенах. Как и в кучах, тепло получалось в процессе сгорания части угля. Этот процесс также длился 4 – 5 дней и выход кокса составлял немногим более 50%.

Эти примитивные устройства, несколько более совершенные, чем кучи, сохранились до XX в. Обычно их использовали для испытательных коксований на новых месторождениях, но так же и для получения промышленных партий кокса, в особенности часто при угольных шахтах.

Развалины стойловых печей можно было видеть еще в 1920-х гг. в районе Старо-Макеевского завода в Донбасс, а позже и в районе деревни Щеглово Кемеровской области.

Сосуществование старого привычного и нового необычного в технике встречается очень часто и шагом вперед можно считать новый взгляд на привычное старое. Кто первый обратил внимание, подметил сходство процесса хлебопечения и коксования, установить трудно. В русский язык выражение «коксовый пирог» перешло из немецкого и английского языков. Поэтому нет ничего странного, что первые закрытые печи для коксования угля как шаг вперед, по сравнению со стойлами, строили по типу хлебопекарных, кстати, самых распространенных в свое время печей. Завершением развития конструкций печей этого типа является «ульевая печь».

Ульевые печи еще и теперь работают в некоторых развивающихся странах. В принципе ульевая печь – это та же примитивная куча угля, но окруженная огнеупорной кладкой, способной выдерживать высокую температуру. Уголь насыпают не до самого верха, а оставляют пространство, где сгорают парогазовые продукты, выделяющиеся из угля при нагреве. За счет этого и получается тепло, необходимое для проведения процесса коксования.

В ульевых печах кокс получается очень прочный, однородный, все куски почти одних размеров. В кучах и стойлах сгорало очень много угля, в ульевых печах – намного меньше. Горели в основном газы, выделяющиеся из угля при нагреве, поэтому выход готового продукта (кокса) был на 5 – 10% больше, чем в стойловых печах. Из каждой тонны загруженного угля получали до 650 кг кокса.

Одну печь для производства многотоннажного продукта строить всегда невыгодно, поэтому строили рядом несколько ульевых печей и объединяли их в так называемые батареи с общим каналом для отвода дымовых газов – боровом, общими для всей батареи устройствами загрузки угля и выгрузки кокса. Все это значительно повышало производительность установки. Механизмы, применявшиеся на ульевых печах, являются прототипами современных коксовых машин.

Расположенные рядами, соприкасавшиеся друг с другом строения напоминали соты. Отсюда и название.

Во второй половине XIX в. в связи с бурно развивающейся промышленностью в Европе (в первую очередь в Англии, Германии, Франции, Бельгии) повсюду строятся железные дороги, все больше стальных кораблей сходит со стапелей, производится огромное количество оружия. Капитализм набирает силу. Все это требует большого количества металла, для производства которого строятся новые батареи ульевых печей. Они начинают занимать все больше места в густонаселенных местностях.

Для улучшения технико-экономических показателей процесса коксования необходимо было изменить конструкцию коксовых печей; кроме того, для улучшения качества кокса появилась потребность управлять процессом коксования. Но ульевой печью, также как и стойлом, в сущности, примитивными устройствами, особенно не поуправляешь. Это и определило новое направление в развитии конструкций коксовых печей.

Крупным, принципиально новым инженерным решением на рубеже пятидесятых годов XIX столетия было создание отопительного простенка. При этом пространство, где проходило горение газов, отделили от камеры, в которой под воздействием тепла, поступающего через стенку, происходил процесс коксования угольной загрузки.

В сравнительно короткий период (20 – 30 лет) примитивные стойловые и ульевые печи были заменены на похожие на современные теплотехнические агрегаты – коксовые печи, в которых основу составляет горизонтальная камера и расположенный через стенку отопительный простенок.

Отопительный газ горит в отдельном пламенном пространстве – отопительном простенке, разделенном по длине перегородками на отдельные отопительные каналы. Если каналы разделены вертикальными перегородками, их называют вертикалами (отопительными каналами). Если же отопительный простенок делится горизонтальными перегородками, то это горизонталы. Что лучше? Это определяет конструкция печей.

Если есть отдельные точки отопления, какими являлись вертикалы и горизонталы, то можно туда подводить разное количество газа и необходимого для его сгорания воздуха, а, регулируя процесс горения, можно изменять количество тепла, передаваемого в камеру коксования. Это в свою очередь позволяло влиять на процесс коксования и на качество кокса.

Вершиной технических разработок в развитии печей этих систем к концу ХIХ в. являлись печи системы бельгийского изобретателя Эванса Коппе – прообразы современных коксовых печей. Печи этой системы строились во всех промышленно развитых странах и были самой распространенной в то время конструкцией.

Коксовая батарея того времени – это ряд выполненных из огнеупорного кирпича горизонтальных камер, разделенных отопительными простенками, которые в свою очередь вертикальными перегородками делятся на отопительные каналы.

Продукты «сухой перегонки угля», то есть нагрева без доступа воздуха, через окна в стенах камер поступают в отопительные каналы, в которые через специальные отверстия сверху подается воздух, и сгорают. Таким образом, весь процесс ведется за счет сжигания продуктов (летучих) коксования образующихся в печной камере. Продукты сгорания опускаются вниз по отопительным каналам в специальные подовые каналы, собираются в борове и удаляются через дымовую трубу. В большинстве конструкций печных камер, как в обыкновенной русской печке, так и в стойлах, разрежение в отопительной системе для подсоса, необходимого для горения воздуха и удаления дыма, создается дымовой трубой.

В печах системы Коппе происходил такой же процесс, но все выделяющиеся при коксовании продукты сгорать не успевали и, выходя нагретыми из дымовой трубы в атмосферу, загорались. Над дымовой трубой батареи системы Коппе всегда горел яркий факел. Отсюда и произошло название «пламенные печи Коппе». Факелы красиво освещали местность, и мало кто задумывался над тем, что это горят деньги.

Но прежде чем начать рассказ как из «дыма» можно было получать деньги нужно рассказать об очень интересном соревновании между огнеупорными материалами, из которых строились коксовые печи.

Что такое огнеупор? Это материал, который длительное, именно длительное время может выдерживать высокую температуру без изменения своих свойств.

Обычно коксовые печи от ульевых до пламенных конца XIX в. строились из огнеупорного материала – шамота. В принципе это обожженная и измельченная специальная огнеупорная глина. В шамоте содержится до 30 – 45% оксида алюминия, 55 – 60% оксида кремния и небольшое количество оксидов кальция и магния. Шамотный кирпич позволял длительное время поддерживать в отопительных простенках коксовых печей температуру до 1100°C. Он был устойчив к резкой смене температур, которая происходит в коксовой печи, когда в раскаленную камеру загружают влажный уголь. И сегодня рабочих-каменщиков, которые сооружают и ремонтируют коксовые печи, все еще называют шамотчиками.

Изготовляется шамотный кирпич из глины, которую предварительно обжигают в специальных печах при температуре 1300 – 1400°С. Полученный материал дробят, смешивают с дробленым шамотом и пластичной влажной глиной, формуют из этой смеси изделие и снова обжигают при температуре до 1500° С.

Шамот хорошо противостоит резкой смене температур, но очень быстро разрушается под разъедающим воздействием коксового газа и имеет сравнительно невысокую теплопроводность. Кроме того, при температуре более 1300°C шамот уже не выдерживал ни строительных, ни механических нагрузок в коксовых печах. Обычно рабочая температура в отопительных простенках современных самых совершенных шамотных коксовых печей составляет 1150 – 1180°С. Печная камера коксовой батареи была шириной около полуметра. При такой ширине, теплопроводности материала и температурах в отопительной системе, которые нельзя было увеличивать из-за свойств шамота, коксование продолжалось З5 – 40 час.

В 1907 г. в Германии, а в 1911 г. в Канаде были построены коксовые батареи из совершенно нового материала – динаса, в состав которого входит чистейший кварцит, то есть диоксид кремния.

Кварцит дробят, смешивают с небольшим количеством (не более двух процентов) известкового молока. Из полученной массы прессуют изделия нужной формы и размера, которые обжигают при температуре 1500°C. Полученные изделия содержат до 97 – 98% диоксида кремния (SiO2).

Динас и шамот имеют почти одинаковую огнеупорность, то есть начинают размягчаться при температуре 1710 – 1740°C. Но у динаса есть преимущество перед шамотом. При нагрузках 0,2 Мпа (а это обычная нагрузка для материала, из которого выкладываются нагревательные печи) шамот начинает разрушаться уже при температуре 1300 – 1350 °С, а динас выдерживает до температур 1500– 1650°С.

Значит, в коксовых батареях, выложенных из динаса, можно поддерживать значительно более высокую температуру. Это позволило сократить продолжительность коксования, увеличить производительность установки. Кроме того, теплопроводность динаса почти в полтора раза выше, чем шамота. Продолжительность коксования у первых коксовых батарей, выложенных из динаса, составляла уже менее 20 час (вдвое меньше, чем у шамотных).

Конечно, у динаса имеются свои недостатки. Он хуже противостоит резкой смене температур, дороже шамота, способ изготовления сложнее. Однако большая часть динасовых, или, как их назвали, «быстроходных» коксовых печей, в промышленно развитых странах строилась и строится из динасового материала.

С внедрением в производство высокопроизводительных динасовых коксовых печей со всей остротой встал вопрос о качестве кокса, его прочности и крупности. Немаловажным был также вопрос долговечности коксовых печей, ведь они строились из очень дорогого материала, а с этими вопросами самым непосредственным образом были связаны проблемы эксплуатации установок по производству кокса.

Если на время отвлечься от того, какого качества должны быть угли, идущие на коксование (у угольщиков и углеподготовителей коксохимической подотрасли свои заботы, мы к ним вернемся), то качество кокса в основном будет зависеть от того, как греют угольную загрузку. Определяющим является то обстоятельство, что во всех точках камеры коксования должна быть одинаковая температура. Только при таком условии процесс коксования закончится одновременно по всему массиву коксуемой загрузки и кокс в печи будет одинакового качества.

Читайте также:  Куплю оборудование для пекарни украина

Если такие условия выдержать во всех камерах коксовой батареи (поскольку готовый «коксовый пирог» из печей выдается один за другим) через небольшие промежутки времени), то непрерывный поток равномерного по качеству кокса будет обеспечен.

Что же собой представляет коксовая батарея? Коксовики утверждают (шутя), что это просто кусок пространства, окруженный огнеупорной кладкой. По сути дела против этого трудно возразить.

Пространство, окруженное огнеупорной каменной кладкой, называется печной камерой. Как правило, в 99% случаев, эта камера расположена горизонтально, имеет длину 12 – 18 метров, высоту 3 – 8 метров и ширину 450 – 600 миллиметров. При этом камера по сечению напоминает трапецию. Дело в том, что для облегчения выталкивания готового кокса из камеры, или, как говорят, его выдачи, камеры расширяются по направлению выдачи кокса и выход из камеры на 40 – 60 миллиметров шире входа. Вход и выход из камеры плотно закрываются дверями, которые футерованы (выложены) огнеупорным кирпичом. Если заглянуть внутрь камеры, то на потолке, называемом сводом, можно увидеть несколько отверстий. Обычно через два отверстия, расположенные по краям, отводятся газообразные продукты коксования, а через три – четыре отверстия, расположенные равномерно между газоотводящими, загружают уголь.

По обеим сторонам печной камеры расположены отопительные простенки. Отопительный простенок и печная камера в кладке – одно целое. Стена камеры является одновременно стеной обогревательного простенка. Сторона одного и того же кирпича, выходящая в камеру, называется рабочей, а выходящая в отопительный простенок называется огневой, потому что она обращена к пламени и все время соприкасается с факелом горящего отопительного газа.

Простенок вертикальными перегородками разделен на части. Обычно отопительный простенок длиной 12 – 18 метров разделен на 26 – 34 колодца (отопительные каналы). Запомним, что поток горящего газа называется восходящим, а поток продуктов сгорания (дыма) – нисходящим.

Кроме коксовых батарей, которые имеют горизонтально расположенную камеру, где уголь загружается сверху, а кокс выдается «сбоку», существуют печи, в которые уголь также загружается сверху, а готовый кокс выходит снизу камеры. Камера расположена вертикально, а обогревательные каналы расположены горизонтально.

Под печными камерами расположены накопители тепла отходящих дымовых газов – регенераторы, они заполнены кирпичами с отверстиями. Дым проходит через регенератор, нагревает кирпич до температуры 1000 – 1200°С. Через определенное время (20 – 30 минут) происходит смена потоков. В тех отопительных каналах, где раньше горел газ, теперь будет идти дым, он и пойдет в регенератор, который только что подогревал воздух или газ, подававшиеся на горение. А регенератор, накопивший тепло дымовых газов, теперь будет подогревать идущие на горение газ и воздух.

Из регенератора, отдавший свое тепло насадке и охлажденный до 300 – 400°C дым через подовый канал уходит в боров, а дальше в дымовую трубу.

Для экономии тепла в коксовых печах применялись и рекуператоры. Это устройство, в котором тепло отходящих газов передается через стенку. Охлаждение дыма и нагрев газа и воздуха, идущих на обогрев, происходит непрерывно. Но рекуператоры не получили распространения в коксовой промышленности, вероятно, потому, что не было нужных долговечных материалов для их изготовления, трудно было заменять и часто забивающиеся элементы. В регенераторах эти операции проводятся легче и стоят дешевле.

Отопительные простенки, регенераторы – все это называется отопительной системой. Печная камера и отопительная система не сообщаются. Если между камерой и отопительной системой появится проход, это приведет к авариям. Мы еще к этому вернемся. А пока продолжим знакомство с коксовой батареей.

Теплотехническая характеристика коксовой батареи, ее прочность и долговечность работы зависят от того, как расположены отдельные элементы отопительной системы, как связаны отопительные каналы друг с другом и с регенераторами, будут ли регенераторы общими для всей батареи или отдельными для каждого простенка.

Конструкции отопительного простенка и устройств для подачи газа и воздуха на обогрев преследуют во всех случаях одну цель. Газ в отопительном простенке должен гореть таким образом, чтобы стенка камеры коксования по всей высоте была нагрета одинаково. По длине печной камеры температура должна равномерно возрастать. Дело в том, что на машинной стороне коксовых батарей, там, где движется коксовыталкиватель, камера уже, а на коксовой стороне, там, где из печей в тушильный вагон сыплется при выдаче кокс, она шире и угля в ней коксуется больше. И только при равномерном повышении температуры от машинной к коксовой стороне коксование угольной загрузки закончится одновременно во всех точках, и весь коксовый пирог будет одинакового качества.

Если вторую часть задачи можно решить довольно просто – подавать в отопительные каналы в направлении с машинной стороны на коксовую в соответствии с расширением печной камеры все большее количество газа на сжигание и таким образом повышенное количество тепла для равномерного процесса коксования по длине камеры, то первая задача оказалась более сложной. Ее долго не удавалось решить. Ведь газ сгорает очень быстро. Скорость распространения пламени у коксового газа – около 75 метров в секунду. Факел горения коксового газа очень короткий. Температуры внизу и вверху разные. Вот и получалось, что внизу коксовый пирог «подгорал» – перегревался к моменту выдачи, а верх «пирога» был в это же время «сырым», недогретым.

Это заставило конструкторов изменить высоту печной камеры, сделать ее низкой, что, естественно, уменьшало ее объем, а значит, и производительность. Как только высота камеры превышала три метра (а уже строились печи с высотой камеры более четырех метров), разница в температурах между низом и верхом коксового пирога достигала 300°С.

В 20-х гг. XX столетия немецкий инженер Копперс предложил замедлить горение газа, «разбавив» его каким-нибудь инертным компонентом, например продуктом сгорания – дымом, так как в дыме нет горючих компонентов. Если подавать его в зону горения, концентрация молекул горючего газа в единице объема уменьшится, и газ будет гореть медленнее. Так возникла идея рециркуляции – возвращения продуктов сгорания в зону горения.

Для этого в конструкции Копперса между отопительным каналом, где горит газ, и смежным отопительным каналом, который отводит дым, предусматривалось специальное отверстие – рециркуляционное окно. Через него часть дыма, идущего в регенератор, подсасывалась обратно в зону горения, и факел удлинялся. Применение рециркуляции продуктов сгорания было крупным принципиальным шагом вперед в теплотехнике коксовых батарей.

В современных коксовых батареях благодаря рециркуляции температуры верха и низа коксового пирога практически одинаковы даже при высоте камеры 7 – 8 метров, что обеспечивает по всей высоте равномерное качество кокса. Современная коксовая батарея представляет собой достаточно совершенный теплотехнический агрегат с коэффициентом полезного действия 70 – 72%, который должен работать, и работает, 25 лет и больше.

Источник



Производство кокса: технология и особенности

Что такое кокс? Это стратегически важный продукт, полученный путем термического бескислородного разложения. Подразделяется он на многие виды. Так, выделяют нефтяной и пековый, торфяной и каменноугольный кокс. Но основным из них является последний вид. Именно каменноугольный кокс выступает базовым компонентом доменного производства.

Важный продукт

Что означает слово «кокс»? Морфология данного понятия говорит нам о том, что это горючий твердый остаток, образующийся при термическом безкислородном нагреве некоторых органических веществ, в числе которых уголь (бурый или каменный), нефть, а также торф. Само слово имеет английские корни. Coke означает не что иное, как продукт, полученный путем термического разложения.

Производство кокса в России является важной составляющей промышленного комплекса. По данным статистики, этот стратегически важный продукт ежегодно выпускается в объеме 27 млн тонн. В таких количествах он жизненно необходим литейному производству и металлургической промышленности. Самый крупный российский производитель кокса — «Северсталь». Эта корпорация владеет собственным производством данного вида топлива и использует его для нужд своих же металлургических заводов. самые большие доменные печи, принадлежащие «Северстали», находятся в Череповце. Они выпускают наиболее высококачественный кокс.

Шихта

Для поддержания горения доменных печей требуется большое количество каменноугольного кокса. Данный продукт представляет собой пористую, но в то же время твердую спекшуюся массу. Она получается в результате удаления летучих веществ из каменного угля.

Кокса химическое производство основано на процессе гидролиза. Помимо этого, возможен и сухой перегон каменного угля. Но в любом случае производство кокса связано с нагреванием исходного продукта без малейшего доступа воздуха. Целью гидролиза является отделение углерода от всех остальных веществ, входящих в состав угля. Что представляет собой сырье для производства кокса? Это каменный уголь различных сортов, в том числе жирный и коксовый, газовый и тощий. Называют такое сырье шихтой. Основу данного продукта составляет самый дорогой сорт – коксующийся уголь. На металлургические заводы России шихту доставляют из месторождений Кузбасса, а также Печоры. Богатыми залежами коксующихся углей может гордиться и Якутия. Здесь их добывают на территории Нерюнгри, до которой специально была проведена ветка железной дороги.

В связи со своими масштабами производство кокса требует большого количества сырья. Его доставляют к производственным цехам в насыпных вагонах. Здесь шихту перегружают в огромные башни, в которых специальные механизмы, будто насосы, закачивают поступивший уголь в коксовые колонки. Зимой шихта поступает, как правило, в замерзшем состоянии. И поэтому перед выгрузкой ее отогревают прямо в вагонах, загоняя их в специальные огромные ангары.

Подготовка шихты

Непосредственно само производство кокса начинается с сортировки шихты. Весь уголь, пришедший на завод, разделяется по своему свойству и составу на нужные группы. После этого шихта дробится и перемешивается. Далее следует ее дозировка. Она производится на автоматических весах. После такой подготовки шихта обогащается с использованием обеспыливания, грохочения, мытья, флотации и прочих способов. Все это позволяет устранить из сырья посторонние примеси. После шихта подлежит сушке и поступает на заключительный этап дробления, в результате которого получаются зерна, радиус которых не превышает 3 мм.

Подготовленное таким образом сырье готово для того, чтобы начать производство доменного кокса. Оно перегружается в смесительные агрегаты, а затем поступает в бункеры накопителя, находящиеся в угольной башне.

Коксовые батареи

Готовое сырье, которое необходимо для того, чтобы осуществить производство кокса, высыпается из угольной шахты в бункер загрузочного вагона. После этого оно доставляется в коксовые батареи. Это система, состоящая из нескольких камер, в которых и происходит процесс производства конечного продукта.

Коксовая камера представляет собой сооружение, стены которого выложены огнеупорным кирпичом. Его длина – 13-15 м, ширина – 0,4-0,5 м, высота – 5-5,5 м. Подобные габариты камеры позволяют осуществить процесс производства кокса достаточно быстрыми темпами.

В сводах подобных камер имеется по три-четыре люка с плотно закрывающимися крышками. Они предназначены для загрузки сырья. В торцевых стенах камер также имеются герметичные металлические двери. В процессе того, как образуется кокс, производство требует отвода появляющихся при этом газообразных продуктов. Это также предусмотрено в конструкции камер. В своей верхней части они имеют специальные стояки, по которым летучие вещества попадают в газосборник.

Читайте также:  Лабораторная работа оборудование для сварки

В то время, когда осуществляется производство кокса, технология процесса требует значительного обогрева камер. Для этого между ними конструируют специальные простенки. Они представляют собой целую систему отопительных каналов, по которым перемещаются горячие газы. В результате происходит обогрев стенок камер. В нижней части сооружений для производства кокса размещены регенераторы. Они необходимы для подогрева камер газами, подаваемыми через газопроводы, а также теми, которые отходят из воздуха.

Прогрев шихты

Над коксовыми камерами располагается рельсовый путь. По нему перемещается загрузочный вагон. С него шихта через люки попадает в камеру. Это происходит благодаря расположенным на вагоне специальным механизмам, которые могут откручивать, а затем и закрывать герметичные крышки.

По рельсовому пути, расположенному вдоль одной из сторон камеры, передвигается специальная коксовыталкивательная машина. Именно она подходит к боковым дверям и вскрывает их. Далее это устройство выталкивает полученный кокс. С другой стороны к камере подходит тушильный вагон. Он принимает раскаленный продукт и транспортирует его в зону, находящуюся под башней для тушения, выгружая затем на рампу.

Образование конечного продукта

Все производства металлургического кокса строго соблюдают технологические процессы, которые требуют не допустить попадания воздуха в камеру. Как это происходит? Процесс получения кокса начинается сразу после того как загрузочный вагон поставляет отмеренную дозу шихты в камеру. При этом происходит закрытие ее люков и включение подогревающих устройств.

Что происходит на начальном этапе, когда осуществляется производство кокса? Технология процесса на первой своей стадии предусматривает выделение из готового сырья газов и воды. После этого происходит плавление и оседание шихты. Дальнейшее повышение температуры приводит к вспучиванию данного промежуточного продукта. Это происходит в связи с дальнейшим выделением газов и паров. Далее шихта постепенно отвердевает. Что представляет собой последняя стадия процесса, в результате которой получается кокс? Производство этого продукта осуществляется при растрескивании и усадке спека. В итоге происходит образование так называемого коксового пирога. Все фракции, имеющие парогазовую форму, отводятся по стоякам в газосборник.

Процесс нагрева шихты в камерах идет от ее нагреваемых стенок к центру. В связи с малой теплопроводностью сырья в различных местах стадии коксования находятся на разных этапах.

Весь процесс образования кокса длится от 14 до 17 часов. Его продолжительность зависит от температуры сгорания шихты, ее состава и размеров камеры.

После завершения технологического процесса производства кокса выключаются нагревательные устройства и перекрываются стояки. К дверям коксовой камеры подходит выталкиватель, с помощью которого полученный продукт выгружается в тушильный вагон. Таким образом и происходит освобождение печи. После этого выталкиватель навешивает герметичные двери и отправляется по рельсам к следующей камере. Туда же следует и загрузочный вагон. Он открывает люки и загружается новой дозой переработанной шихты.

Доставка продукта в башню

Полученный в камерах кокс необходимо подвергнуть тушению. Ведь после его соприкосновения с воздухом происходит самовозгорание. В тушильном вагоне кокс доставляется в башню, где он окончательно гасится водой. Далее продукт высыпается из вагона на наклонную бетонированную поверхность, называемую рампой. Здесь в течение двадцати минут происходит его остывание. После этого кокс при помощи транспортеров поступает на сортировку.

Попутные продукты

Производство кокса невозможно без выделения летучих веществ. Они представляют собой смесь газов и паров. Такие компоненты в совокупности называют прямым коксовым газом. После обработки одной тонны шихты, влажность которой достигает 6 %, получается 270 кг прямого коксового газа. В объемном выражении эта цифра равна 330 метрам кубическим.

В прямом коксовом газе, полученном из одной тонны шихты, содержится:

— около тридцати килограмм каменноугольной смолы;
— 10 кг сырого бензола;
— 3 кг аммиака;
— 5 кг сероводорода;
— 80 кг воды;
— 140 кг обратного газа.

До недавнего времени коксохимическое производство являлось единственным поставщиком, предлагающим бензольные углеводороды. Однако после развития сферы нефтепереработок данные продукты стало возможным получать с меньшими капиталовложениями. Это привело к тому, что доля коксохимического производства в поставках бензольных углеводородов упала до сорока процентов. Данный продукт используют в качестве сырья в процессе органического синтеза. Легкая же его фракция перерабатывается с сырым бензолом.

Другие виды попутных продуктов после их ректификации и обработки химическими реагентами, а также после вымораживания с последующей кристаллизацией дают возможность для получения около трехсот химических соединений высокого качества.

Использование нефти

Это природное вещество, так же, как и уголь, является стратегически важным для нашей страны. Их него осуществляется производство кокса и нефтепродуктов, которые представляют собой:

— топливо;
— церезины и парафины;
— смазочные масла;
— битумы;
— пластичные смазки;
— сырье, предназначенное для основного органического и нефтехимического комплекса;
— прочие продукты.

Нефтяной кокс

Такое словосочетание носит собирательный характер. Под нефтяным коксом понимают продукты глубокой переработки «черного золота». Сырьем для его производства служат компоненты, полученные при первичной переработке нефти. Это гудрон и полугудрон, асфальт и экстракт.

Производство нефтяных коксов происходит одним из двух способов:

— замедленным коксованием, которое осуществляется в необогреваемых реакторах;
— в кубовых установках с применением горизонтальных реакторов обогреваемого типа.

Первый из этих двух способов является самым популярным. С его помощью производят практически восемьдесят процентов этого вида продукта.

Нефтяной кокс в дальнейшем используется при производстве электродов, а также анодных масс и анодов при выплавке алюминия. Находит он применение и в технологических процессах изготовления ферросплавов, абразивов, кремния. Широко задействуют нефтяной кокс в химической промышленности.

Получение данного продукта происходит при низком давлении. При этом поддерживается температура от 480 до 560 градусов. Это позволяет произвести нефтяной кокс и бензины, углеводородные газы, а также керосино-газойлевые фракции.

Процесс коксования представляет собой расщепление всех компонентов, входящих в состав сырья. При этом образуются жидкие дистиллятные фракции и углеводороные газы.

Промышленный процесс получения нефтяного кокса осуществляется с использованием установок трех типов. Помимо периодического коксования в специальных кубах и замедленного процесса в камерах оно может происходить непрерывно в псевдоожиженной массе коксаносителя. Рассмотрим один из них, применяющийся наиболее часто, подробнее.

Замедленное коксование

Данный процесс называют еще и полунепрерывным. Этот способ получения нефтяного кокса наиболее распространен в мировой практике. Он подразумевает такой технологический процесс, при котором предварительно нагретое до 350-380 градусов сырье непрерывно подается на особые тарелки, находящиеся в ректификационных колоннах. Подобные установки работают при атмосферном давлении. Сырье для производства нефтяного кокса стекает по тарелкам и контактирует с парами, поднимающимися из реакционных аппаратов. Результатом такого массо- и теплообмена становится конденсат. Именно он и образует вместе с исходным продуктом вторичное сырье, подлежащее дальнейшему нагреванию до 490-510 градусов в трубчатых печах.

Далее смесь поступает в коксовые камеры. Это вертикально расположенные полые цилиндры, высота которых достигает 22-30 метров, а диаметр – 3-7 м.

Реакционная масса поступает в коксовые камеры непрерывно. Причем этот процесс длится на протяжении от 24 до 36 часов. За это время масса, благодаря удерживаемой ею теплоте, постепенно коксуется. Когда камера заполняется конечным продуктом на 70-90 процентов, его удаляют с помощью обычной струи воды, находящейся под высоким давлением.

Далее кокс помещают в дробилку, в которой измельчается на кусочки, размер которых не превышает 150 мм. После этого продукт с помощью элеватора подается на грохот, сортирующий его на фракции разных размеров. Камера, в которой был получен кокс, подлежит прогреву водяным паром и теми парами, которые подаются из работающих аппаратов. Далее емкость вновь заполняется сырьем.

После прохождения технологического процесса возникают летучие продукты. Это парожидкостная смесь, которая непрерывно выводится из действующих камер и последовательно разделяется на газы вначале в ректификационной колонне, а затем — в водоотделителе и газовом блоке, а также в отпарной колонне.

Источник

Машины, обслуживающие коксовые печи

В этой статье: 1. Углезагрузочный вагон 2. Коксовыталкиватель 3. Двересъемная машина 4. Коксотушильный вагон и электровоз

Углезагрузочный вагон

Углезагрузочный вагон – это машина, выполняющая весь комплекс операций по набору шихты из угольной башни, а также операции связанные с доставкой и загрузкой шихты в камеру коксования:

  • открывание и закрывание затворов угольной башни для набора шихты в бункера;
  • автоматический набор шихты в бункеры вагона до заданных норм;
  • взвешивание шихты, если происходит набор по массе;
  • доставку шихты к загружаемой печи;
  • открывание и закрывание загрузочных люков, опускание телескопов;
  • загрузку шихты в печь в заданном порядке;
  • устраняет зависание и ускоряет сход шихты в камеру;
  • выполняет чистку стояков, колен от графита;
  • выполняет управление крышками стояков, гидрозатворами клапанных коробок и кранами пароинжекции;
  • выполняет уборку рассыпавшейся шихты в печь.

На рисунке 1.4 представлен общий вид углезагрузочной машины.

Управление всеми механизмами осуществляется из кабины машиниста углезагрузочного вагона, за исключением механизма чистки стояков.

Техническая характеристика углезагрузочного вагона коксовых батарей № 3, 4 КХП ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог» приведена в табл. 1.1.

Таблица 1.1 – Техническая характеристика углезагрузочного вагона

Наименование параметра Ед. изм. Величина

– для порожней машины

– для груженной машины

Коксовыталкиватель

Коксовыталкиватель – технический агрегат, обслуживающий коксовые печи с машинной стороны. Коксовыталкиватель предназначен для: отвинчивания и завинчивания ригельных винтов дверей, отвода и установки дверей, выталкивания кокса из коксовых камер, очистки дверей и рам, выжигания сжатым воздухом графита со сводов камер и стояков, открывания и закрывания планирных лючков, планирования шихты в камере коксования. Дополнительно коксовыталкиватель может быть оборудован устройствами для точной установки по оси камеры, для уборки концов, отпуска гаек анкеража, площадками-лифтами для обслуживания дверей и др.

Управление всеми механизмами осуществляется из кабины машиниста коксовыталкивателя.

На рисунке 1.5 показан общий вид коксовыталкивателя.

Операции по выдаче кокса и планированию шихты при загрузке автоматизированы и выполняются по заданной программе. На коксовыталкивателе предусматривается автоматическая система регистрации времени и силы тока при выдаче кокса. Для контроля над величиной замедленной скорости при выдаче и планировании – высокочастотные преобразователи.

Планирное устройство коксовыталкивателя представляет собой планирную штангу прямоугольного сечения, приводимую в движение двумя раздельными тросами, намотанными на общий барабан. Барабан приводится во вращение электромотором через редуктор и открытую зубчатую передачу.

В таблицах 1.2 и 1.3 приведена техническая характеристика коксовыталкивателей коксовых батарей № 1-2 и № 3-4 ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог».

Таблица 1.2 – Техническая характеристика коксовыталкивателя коксовых батарей № 1-2

№№ п/п Наименование параметра Ед. изм. Величина параметра
1 Скорость передвижения коксовыталкивателя м/с 1,68
2 Скорость движения выталкивающей штанги м/с 0,50
3 Скорость движения планирной штанги м/с 0,83
4 Скорость движения двересъемной штанги м/с 0,18
5 Тормозной путь машины м 7
6 Примерные габариты машины:

Таблица 1.3 – Техническая характеристика коксовыталкивателя коксовых батарей № 3-4

№№ п/п Наименование параметра Ед. изм. Величина параметра
1 Скорость передвижения коксовыталкивателя м/с 1,7
2 Скорость движения выталкивающей штанги м/с 0,50
3 Скорость движения планирной штанги м/с 1,5
4 Тормозной путь машины м 7
5 Примерные габариты машины:

Двересъемная машина

Двересъёмная машина – технический агрегат, обслуживающий коксовые печи с коксовой стороны. Машина предназначена для снятия и установки коксовых дверей, направления коксового пирога в тушильный вагон, чистки дверей и рам.

Управление всеми механизмами осуществляется из кабины машиниста двересъёмной машины.

Коксонаправляющая ванна устанавливается на отдельной прицепной тележке, которая может располагаться справа или слева от двересъёмной части машины.

Коксонаправляющая ванна состоит из двух боковых стенок, горизонтальных стальных полос и дна облицованного броневыми плитами. На верхней части ванны со стороны тушильного вагона подвешивают стальной лист, который способствует обрушению верхней части коксового пирога в тушильный вагон.

Рабочий цикл двересъёмного устройства состоит из следующих операций: подвод двересъёмной штанги к двери, захват двери за карманы, отвинчивание ригельных винтов, вывод ригелей из крючков рамы, срыв двери (подъём её на 10-15 мм на захватах), отвод двересъемной штанги от печи с дверью, подъем двери на 300-400 мм для удобства чистки, подвод двересъёмной штанги к печи для установки двери, установка ригелей на крючья рамы, опускание двери на порог рамы, завинчивание ригельных винтов, отвод двересъёмной штанги в исходное положение.

На рисунке 1.6 показан общий вид двересъёмной машины рычажного типа, а в таблице 1.4 приведена техническая характеристика двересъёмной машины коксовых батарей № 1, 2 ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог».

Таблица 1.4 – Техническая характеристика двересъёмной машины коксовых батарей № 1, 2

№№ п/п Наименование параметра Ед. изм. Величина параметра
1 Скорость передвижения двересъемной машины м/с 1,4
2 Угол поворота двересъема градус 90
3 Величина отвода двери от кромки кладки печи мм 990
4 Скорость перемещения захвата механизма срыва, м/с м/с 0,01
5 Ход захвата механизма срыва мм 130
6 Частота вращения головки механизма обслуживания ригельных винтов об/с 0,16
7 Скорость поворота двересъема м/с 0,024
8 Скорость перемещения щеток механизма чистки дверей м/с 0,23
9 Скорость перемещения скребков механизма чистки рам м/с 0,4
10 Скорость передвижения механизма чистки рам м/с 0,114
11 Величина перемещения механизма чистки рам мм 950
12 Ход механизма чистки рам мм 2823

Для обеспечения беспылевой выдачи кокса предусматривается оснащение коксонаправляющей зонтом специальной конструкции и устройством для присоединения зонта к коллектору установки беспылевой выдачи.

Коксотушильный вагон и электровоз

Коксотушильный вагон служит для приёма выдаваемого из камер коксования раскаленного кокса, его транспортировки под башню тушения и выгрузки потушенного кокса на коксовую рампу.

Коксотушильный вагон состоит из платформы (рамы) с ходовыми тележками, кузова с разгрузочными затворами и механизмов управления вагоном. Кузов вагона состоит из металлического каркаса с днищем, наклоненным под углом 28 о , облицованным внутри жароупорными плитами.

Коксотушильный вагон должен быть оборудован: механизированными затворами для выпуска кокса на рампу, устройствами для торможения, автоматической смазки, сигнализации и автоматического включения насосов для подачи воды на тушение.

На рисунке 1.7 показан общий вид коксотушильного вагона, а в таблице 1.5 приведена техническая характеристика коксотушильного вагона коксовых батарей № 1, 2 ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог».

Таблица 1.5 – Техническая характеристика коксотушильного вагона коксовых батарей № 1, 2

Источник

Коксовые батареи: устройство, принцип работы, назначение. Технология производства кокса

Металлургическое производство просто немыслимо без использования кокса, который дает энергию для расплавления железосодержащей руды в шахте доменной печи. Однако сам процесс получения кокса достаточно трудоемкий и длительный. Для его создания строятся специальные промышленные агрегаты под названием «коксовые батареи». Об их устройстве, назначении и характерных особенностях и пойдет речь в данной статье.

Определение

Коксовые батареи – целый металлургический комплекс, основным предназначением которого является изготовление в требуемом объеме кокса для его последующей транспортировки в доменные цеха. Данные производственные объекты могут различаться по своим габаритам между собой, но в любом случае их размеры весьма внушительные.

Конструкция

Устройство коксовых батарей следующее. Главными элементами этих печей являются так называемые камеры коксования. Именно в них происходит процесс укладки сырья. Камер коксования в печи насчитывается не один десяток. Также важнейшими элементами батареи можно считать и отопительные промежутки, в которых протекает горение топлива. Ориентировочные линейные размеры камеры коксования таковы:

  • Длина – от 12 до 16 метров.
  • Высота – 4-5 метров.
  • Ширина – 400-450 миллиметров.

В целом же комплекс, благодаря которому коксовые батареи имеют возможность работать беспрерывно на протяжении длительного промежутка времени, включает в себя следующие компоненты:

  • Приемный бункер, в который поступает сырой уголь.
  • Отделение смешивания и дробления угля.
  • Башня распределительная.
  • Тележка погрузочная.
  • Камера коксования.
  • Выталкиватель кокса.
  • Вагон тушения.
  • Башня тушения.
  • Платформа, на которую выгружают остуженный готовый продукт.

Сама же печь для производства кокса в общем виде имеет в своем составе:

  • Камеры для загрузки угольной шихты.
  • Обогревательный простенок с системой отопительных каналов.
  • Систему газораспределения и воздухоподвода.
  • Регенератор для подогрева воздуха и вывода отработанных газов.
  • Запорную арматуру и механизмы.

Классификация

Коксовые батареи в зависимости от режима эксплуатации бывают периодического и непрерывного действия. Отапливаться эти батареи могут:

  • Исключительно доменным газом.
  • Только коксовым газом.
  • Смесью доменного и коксового газа.

Схема отопления батареи может включать в себя:

  • Перекидной канал, благодаря которому газы имеют возможность попадать между простенками.
  • Парный канал для рециркуляции.

Отопительный газ для батареи подводится к ней в двух исполнениях:

  • Сбоку, когда коксовый газ идет по корнюру (газораспределительному каналу), а воздух и доменный газ – по подовым каналам регенератора.
  • Снизу по специальной воздухораспределительной сети.

Несколько слов о регенераторе

Это специальное теплообменное устройство позволяет контактировать теплоносителю с чётко обозначенными поверхностями коксовой печи. Важно заметить, что горячий носитель тепла осуществляет нагрев холодной стены и насадки, а после этого они, в свою очередь, передают тепло уже холодному теплоносителю.

Бывают и другие виды теплообменников, которые называют «рекуператоры». В них холодный и горячий теплоносители проводят обмен энергией между собой через специально возведённую между ними стенку. При этом вначале вниз спускаются потоки горячих газов, а затем происходит срабатывание перекидных клапанов, благодаря чему снизу вверх начинает подниматься уже холодный поток воздуха.

Методы экономии топлива в коксохимическом производстве

Процесс коксования сам по себе является достаточно энергозатратным, что обуславливается потреблением весьма большого количества топлива. Поэтому для уменьшения расхода его потребления применяют следующие методы:

  • Используют технологию сухого тушения кокса. Благодаря ей тепловая энергия продукта расходуется на нагрев пара или воды. В частности, с одной тонны готового кокса получается порядка 1 ГДж тепла в виде пара.
  • Модернизацию применяемых регенераторов для максимального получения тепла от продуктов сгорания. Так, например, вполне можно увеличить площадь нагрева у насадки.
  • Расчет оптимального промежутка времени между переключениями клапанов. Само собой, что чем чаще они переключаются, то в конечном счете это даст возможность снизить объем регенераторов и потери тепла в них. Вместе с тем стоит обязательно отметить, что слишком частое срабатывание клапанов неизбежно приведет к их быстрому выходу из строя и дополнительной нагрузке на все смежные узлы и детали.
  • Нагрев шихты и сухое тушение кокса осуществляют одновременно.

Технологический процесс

Производство кокса весьма сложно. Поэтому, чтобы разобраться, как это работает в реальных условиях, стоит узнать технологический цикл как можно подробнее.

Цех по производству кокса всегда начинается с угольной башни. Именно в неё поступает сырье. В нижней части башни имеются специальные затворы. Через них уголь переправляется в приемные бункера углезагрузочной машины. С целью исключения вероятности подвисания угля внутри башни по всей ее высоте подведен сжатый воздух, который подается прерывистыми импульсами и гарантирует обрушивание налипшей на стены башни шихты. Башню непременно следует наполнять не менее чем на две трети ее объема.

Углезагрузочная машина наполняется либо по объему, либо по массе. Процесс ее наполнения контролируется весами. Уголь в печь подаётся сразу же после выдачи готового кокса. При этом подача шихты происходит через верх. В момент загрузки коксовой печи ответственное за это лицо – люковой – включает саму печь в газосборник и активирует инжекцию. Весь процесс загрузки занимает от трех до шести минут.

После этого печь тщательнейшим образом герметизируется, и начинается уже процесс нагрева шихты. Технология производства кокса в коксовых батареях предусматривает следующие температурные процессы:

  • При 100-110°С проходит сушка угля.
  • В пределах 110°С – 200°С выделяется гигросокпическая и коллоидно-связанная влага, окклюдированные газы.
  • При 200°С – 300°С протекает термическая подготовка, которая сопровождается образованием газообразных продуктов термической деструкции и отщеплением термонеустойчивых содержащих кислород групп.
  • 300-500°С – диапазон температур, при котором возникает пластическое состояние. Интенсивно выделяется газ и пар, образуется жидкая фаза.
  • 550-800°С – коксование среднетемпературное. Синтез интенсифицируется.
  • 900-1100°С – коксование высокотемпературное.

Отгрузка кокса из печи

Коксовая батарея, принцип работы которой описывается в данной статье, требует специальной подготовки перед выдачей готовой продукции из нее. Не менее чем за двадцать минут до начала выдачи печь в обязательном порядке отсекают от газосборника и сообщают ее с атмосферой посредством открытия крышки стояка.

После этого выполняется съем дверей печи и выполняется выталкивание кокоса из камеры в тушильный вагон при помощи специальной штанги. При этом если по каким-либо причинам происходит задержка плановой выдачи кокса более чем на десять минут, то двери следует установить обратно на место. Преждевременно открывать крышки стояков категорически запрещается, так как это может вызвать серьезное обрушение футеровки внутри батареи. Кроме того, двери печей должны обязательно быть очищены от графита и смолы до и после процесса выдачи готовой продукции. Тушение кокса в специальном вагоне – обязательная процедура, потому как без этой операции готовый кокс может вновь воспламениться.

Расчет коксовых батарей предусматривает, что печи должны иметь рабочий и ремонтный период. Во время рабочего цикла осуществляется выдача кокса, а во время ремонтного – проводится техническое обслуживание всех агрегатов и оборудования, уборка и прочее.

Сущность

На начальном этапе коксования идет сушка угля, удаляются все адсорбированные газы из него и стартует разложение. В момент перехода угля в пластичное состояние начинается спекание – процесс, который является решающим для всего цикла коксования. На третьем этапе полукокс испытывает прокаливание и упрочнение. Именно вязкая масса нагнетает сопротивление продвижению газов на пути их в газосборник, благодаря чему образуется давление коксования, которое на практике компенсируется усадкой уже сформированного кокса.

Консервация

«Почему нельзя останавливать коксовые батареи?» – именно такой вопрос можно очень часто услышать из уст человека, далекого от тонкостей и нюансов коксохимического производства. Все дело в том, что эти агрегаты ориентированы на работу при определённых условиях (высокая температура, абразивный износ и т. д.) и в случае внеплановой остановки без соответствующей подготовки эти печи способны лишиться свой внутренней кладки, которая просто разрушится. Однако на практике порой приходится приостанавливать работу коксовой батареи и выполнять опредленные консервационные мероприятия. Как это работает – описывать слишком долго, стоит лишь указать, что существует так называемая «прохладная» и «жаркая» консервация. Какой вариант из них выбрать – это решает непосредственно руководитель предприятия в зависимости от сложившейся ситуации и причин приостановки работы агрегата.

Источник