Санкт-Петербургский Государственный Технологический Институт
Кафедра: Технологии нефтехимических и углехимических производств
Факультет: Технологии органического синтеза и полимерных материалов
Реферат
Тема: Высокотемпературное коксование углей
Выполнил: Шеков А.П.
Проверил: Розенталь Д.А,
С.-Петербург
Введение
Высокотемпературное коксование углей в мире, имеет главенствующее значение в области переработки твёрдых горючих ископаемых. И это естественно связано с тем, что кокс, как неотъемлемая часть, используется в производстве стали и чугуна, из которых соответственно делают все металлические детали. А это является основой всего, что человек создаёт, для того чтобы жить. Отсюда вытекает назначение этого процесса: получить высококачественный кокс, а также наряду с ним, другие углеводороды (фенолы, бензол, смолу, коксовый газ) из твёрдых горючих ископаемых, с помощью высоких температур (до 11000С) и без доступа воздуха в коксовых печах или коксовых батареях.
Для проведения такого сложного процесса, нужно четко знать и соблюдать его параметры. Поддерживать высокую температуру в камере коксования, за счёт сжигания отопительных (коксовых или дымовых) газов. А так же учитывать определенную последовательность выгрузки готового кокса, в том плане, чтобы одновременно не разгружались две соседние камеры коксования, для поддержания более или менее стабильной температуры отопительных простенков и предотвращения их разрушения. Из параметров, можно ещё указать на своевременную выгрузку готового кокса и загрузку сырья (шихты), которая тоже должна отвечать определённым требованиям. Шихта – это оптимальная смесь из коксующихся углей, которая содержит в себе определённое соотношение витренита и фюзенита (компоненты, отвечающие за спекаемость). И для приготовления шихты необходимо создать (усреднить) смесь из углей разной спекаемости. Этот процесс проводят на местах хранения углей. С помощью грейфера набирают определённую марку угля и далее краном, тонко и равномерно рассыпают по полю из другой марки угля. Операцию повторяют многократно, тем самым получая многослойный «пирог» или штабель – это сумма тонких слоёв из разных марок углей. При взятии угля из штабеля грейфер погружается на большую глубину и таким образом осуществляется хорошее усреднение.
Практически, сейчас приходится решать проблему создания кокса, заданного качества, из имеющегося на складе сырья. И это решение затрудняется вследствие ограниченного количества хорошо спекающихся углей.
Технологическое оснащение процесса
Данный высокотемпературный процесс осуществляют на современных коксохимических заводах, в коксовых печах, которые состоят из камер коксования обогревательных простенков. Если они стоят на одном фундаменте, и работают в одном режиме, то всё вместе это называют коксовой батареей.
Пример такой батареи приведён на рисунке 1:
Рис. 1
Из рисунка видно, что батарея состоит из камер коксования и отопительной системы. У камеры имеется по три загрузочных люка, для загрузки шихты, и по два газоотводящих, для отвода летучих продуктов (в печах иностранного производства возможны вариации). Сторону батареи, вдоль которой движется коксовыталкивающая машина, называют машинной стороной, а противоположную, на которую выдаётся кокс – коксовая сторона. Ширина всей камеры не одинакова: она увеличивается от машинной стороны к коксовой соответственно. Эта особенность сделана для того, чтобы облегчить выгрузку (выталкивание) коксового пирога из камеры. В зависимости от конструкций печей, размеры камер могут колебаться по длине и ширине. В длину от 12 до 17(м), и ширину от 407 до 480(мм) соответственно.
Отметим, что заполнение коксовой камеры проводят не доверху, а оставляют около 300мм под сводом. Это пространство нужно для выхода парогазовых продуктов. Кроме того, при коксовании происходит усадка шихты, около 5 – 15%. Тогда возможно, если обогрев простенка будет выше высоты угольной загрузки, то подсводовое пространство будет перегреваться, что ухудшит прочность кладки и свойства кокса. Высоту и длину коксовой камеры имеет смысл увеличивать, из расчета на увеличение угольной загрузки и соответственно производительности. Однако высота ограничена равномерностью прогрева шихты и физической прочности кладки печи. А длина печи из-за возможности смятия коксового пирога и усложнения конструкции выталкивателя.
Обогрев печи. Отопительная система состоит из отопительных простенков, газораспределительной зоны и регенераторов. Функция отопительной системы самая главная – это, подвести отопительный газ в зону горения, передать тепло загрузке и отвести продукты горения. Схема приведена на рисунке 2:
Рис. 2
В этой системе (ПВР), вертикалы работают попарно и переменно. Простенок делится на пары вертикалов, из которых один работает на нисходящем потоке газов, а другой – на восходящем. Примерно через каждые 20 минут потоки меняются на противоположные. Это сделано для того, чтобы равномерно прогревать простенок, который сделан из огнеупорного материала (кирпича). Сторона простенка, соприкасающаяся с угольной загрузкой, называется рабочей, а противоположная сторона – огневой. В отопительном простенке, за счёт горения, образуется факел, который может быть короче или длиннее, в зависимости от интенсивности подачи газа и использования рециркуляционного окна. С помощью этого окна происходит подсос отработанных газов в факел горения, уменьшая концентрацию кислорода и тем самым вытягивая пламя. В отопительный простенок одновременно поступают газ и воздух, из газораспределительной зоны. В этой зоне расположены распределительные каналы коксового или другого богатого газа – корнюрная зона(8). И каналы, по которым подаётся обеднённый газ (доменный или генераторный) – косые ходы(6). Ниже корнюров расположены регенераторы (а-г), представляющие собой узкие камеры, в которых в определённом порядке уложен кирпич, так чтобы увеличить поверхность теплообмена. Они предназначены для использования тепла, выходящего вместе с дымовыми газами из отопительных простенков и нагревания обеднённого газа с воздухом. Под регенераторами, прямо на плите, расположены подовые каналы (3). По ним движется воздух, который через колосниковую решётку (4) поступает прямо в регенератор. Основными требованиями к этой конструкции являются: создание герметичности между стеной, разделяющей газовые потоки на восходящий (топочные газы) и нисходящий (дымовые) потоки, и зону с коксующейся загрузкой.
Кроме этой системы обогрева, существуют ещё несколько видов, например, с парными вертикалами и рециркуляцией (системы ПК-2К и ПК-2КР) отработанных газов через перекидной канал. Печи с групповым обогревом: собирают сгоревший газ в горизонтальный сборный канал и отправляя его в группу противоположных вертикалов. Так же существуют печи с нижним подводом тепла. Главное отличие заключается в том, что богатый газ через специальные металлические патрубки, заложенные при строительстве, проходит в газоподводящие каналы – дюзы, находящиеся в стенках регенераторов, а из них через горелки с отверстием выходит в вертикалы. Это позволяет точно дозировать подвод тепла не только к каждому отопительному простенку, но и к каждому вертикалу. Есть печи с иным подводом тепла, а именно, с внешним подогревом, предназначенные для коксования крупнокускового слабоспекающегося или неспекающегося угля или получения металлургического кокса из сланцев. Отопительный простенок здесь может быть разделён перегородками, как на вертикалы, так и на горизонталы. Остальные системы обогрева не значительно отличаются от уже изложенных.
б) Для осуществления бесперебойного процесса коксования нужно специальное оборудование, обеспечивающее работу коксовой батареи. Она обслуживается коксовыталкивателем, двересьёмной машиной с коксонаправляющей и загрузочным вагоном. Кроме того имеется тушильный вагон с тягачом, для транспортировки кокса на охлаждение. Назначение этого оборудования заключается в обеспечении выполнения операций по загрузке шихты, выдаче и приёмке коксового пирога и транспортирование его в тушильное устройство. На схеме видно оборудование, которое используется для обслуживания печи (рис. 3):
Рис. 3
Углезагрузочная машина (5) передвигается по верху батареи на рельсах и используется для загрузки шихты в печь, при опорожнении её от коксового пирога. При этом очищает стояки от нагара и подаёт инжекцией воду для устранения пыли. Схема на рисунке 4:
Рис. 4
Коксовыталкиватель (17) предназначен для извлечения (выталкивания), с помощью выталкивающей штанги, готового коксового пирога из печи в коксовозный вагон (13), с тягачом. Коксовыталкиватель также перемещается по рельсам, проложенным вдоль машинной стороны батареи. Он снимает дверь коксовой камеры, выдавливает кокс, потом с помощью специального устройства очищает дверь от смолы и графита, образовавшегося при коксовании, и устанавливает дверь обратно. В период загрузки коксовыталкиватель специальным устройством - планирной штангой (3), разравнивает шихту в камере коксования. Схема коксовыталкивателя приведена на рисунке 5:
Рис. 5
Двересъёмная машина с коксонаправляющей, предназначены для обслуживания коксовой стороны. Они расположены на отдельных тележках и связанных между собой шарнирной сцепкой. Двересъёмная машина является ведущей. Сняв дверь, корзина коксонаправляющей вставляется в проём камеры коксования. После выдачи кокса корзина возвращается назад и двересъёмная машина с коксонаправляющей получают возможность работать дальше или везти кокс на тушение.
Для сохранности коксовых печей и поддержания её в рабочем состоянии применяется так же специальное оборудование, имеющее название – анкераж. В состав оборудования анкеража входят анкерные колоны (1), брони (2) и рамы печных камер, пружины (6), анкерные болты (5,7), броневые листы (4), анкерные стяжки. Основная задача анкеража – сохранение и предотвращение деформации кладки в процессе работы батареи. Схема анкеража соответственно разобрана на рисунке 6:
Рис. 6
При разогреве батареи большое значение имеет продольное армирование, осуществляемое регулированием нагрузок продольными анкерными стяжками (5,7) и пружинами, расположенными в верхней части батареи.
Всё перечисленное оборудование является основным, поэтому возможны модификации и дополнения. Поэтому проводить обзор бессмысленно. Перейдём к следующему не маловажному вопросу, связанному с продуктами коксования.