Обогащение угля представляет собой процесс, состоящий из нескольких технологических операций обработки, в результате которых в конечном продукте уменьшается содержание минеральных примесей, удаляемых ввиде пустой породы или в виде сростков с углем (промпродукт). Обогащенный продукт называется концентратом.
Обогащение углей, применяемых для коксования, позволяет получать кокс с минимальным содержанием золы и улучшать работу доменных печей и литейных вагранок.
Иногда химический состав золы может быть таким (большое содержание железа, кальция и магния), что она в доменной печи частично выполняет функции руды и флюсов. Однако следует указать, что химический состав золы кокса какого-либо конкретного завода меняется относительно мало, и поэтому при прочих равных условиях общее снижение зольности кокса, безусловно, способствует увеличению производительности доменной печи.
К золе кокса нужно относиться не только как к негорючему балласту, но и с точки зрения вредности минеральных включений, обусловливающих резкое снижение прочности кокса.
Каждый кусочек породы, обладая другими, нежели уголь, физическими константами является инородным телом, которое в процессе образования кокса нарушает однородность структуры кокса и становится очагом развития трещин.
КОКСОВЫЙ ЦЕХ
Кокс получается не из отдельных углей, а из смеси углей различных марок, называемой шихтой.
Превращение угольной шихты в кокс является тепловым процессом, проходящим без доступа воздуха. Этот процесс характеризуется сложными химическими, физическими и физико-химическими превращениями при термической деструкции уголь ной загрузки на отдельных стадиях процесса коксообразования.
|
|
Весь ход процесса коксования можно в зависимости от температуры нагревания расчленить на пять стадий.
Первая стадия — при нагревании 'приблизительно до 200° С. В течение этой стадии испаряется большая часть воды, содержащейся в угле. Одновременно улетучиваются и адсорбированные углями газы — двуокись углерода, метан и др. Это — стадия сушки.
Вторая стадия — при нагревании от 200 до 350° С. В течение этой стадии образуется немного горючих газов, паров воды (продукт разложения угля) и смолы. К концу этой стадии уголь начинает «размягчаться». На его зернах появляется пленка жидких продуктов разложения. Это — начальная стадия разложения.
Третья стадия — при нагревании в интервале 350 — 500° С (температурные пределы зависят от качества угля). В течение этой стадии уголь интенсивно разлагается, образуется много летучих продуктов полукоксования — смол и газов. В их состав среди других веществ входят парафиновые углеводороды и фенолы. Ослабляются физические связи между макромолекулами, разрываются некоторые химические связи, твердые частицы диспергируются в плавкой массе — образуется пластическая масса. Это — стадия пластического состояния.
Четвертая стадия — при нагревании от 500 до 600° С. В течение этой стадии образуется незначительное количество смол и других летучих, происходит спекание и получается твердый полукокс. Это — стадия образования полукокс а.
Пятая стадия — при нагревании от 600 до 1000° С. В течение этой стадии образуется немного смол, моноциклические ароматические углеводороды и водород и заканчивается процесс образования кокса. Это — стадия образования кокса.
|
|
Возможность получения хорошего кокса зависит от протекания всех стадий, но главным образом от поведения угля в течение второй и третьей стадии.
Рисунок 5 – Схема коксовой печи
УЛАВЛИВАНИЕ
Огромное значение имеет оптимальный температурный режим охлаждения газа в первичных холодильниках для последующих процессов, улавливания аммиака, бензольных углеводородов и других химических продуктов коксования.
В зависимости от типа Применяемых холодильников — трубчатых с теплопередачей через стенку или непосредственного действия — различают две отличные друг от друга схемы первичного охлаждения газа. Обе эти схемы нашли широкое применение в практике отечественной коксохимической промышленности.
В последние годы в качестве типовой принимается схема первичного охлаждения коксового газа в трубчатых холодильниках, как более экономичная.
На рис. представлена технологическая схема первичного охлаждения коксового газа с применением трубчатых холодильников. По этой схеме коксовый газ, надсмольная вода, смола и Фусы из газосборников 1 отводятся по газопроводу в сепаратор 2, где коксовый газ отделяется от жидкой фазы. Для обеспечения необходимой скорости стекания жидкой фазы газопровод от газосборников до сепаратора укладывается с уклоном 10— 15 мм на каждый погонный метр.
Смесь надсмольной воды, смолы и фусов из сепаратора 2 поступает в механизированный отстойник-осветлитель 3, где из-за резкого уменьшения скорости жидкой фазы она расслаивается вследствие разности плотностей. Фусы, имеющие наибольшую плотность, оседают на дно осветлителя, откуда они непрерывно удаляются скребковым транспортером.
|
|
Смола, занимающая в осветлителе промежуточное положение, самотеком через регулятор уровня смолы (смолоотводчик) поступает в заглубленный промежуточный сборник 4, откуда насосом 5 откачивается в механизированное хранилище для смолы 6. Установка механизированных хранилищ емкостью 650 м3 обусловлена тем, что в смоле после осветлителя все еще содержится значительное количество фусов. Последние, оседая на дно хранилищ, удаляются также при помощи скребковых транспортеров.
Отстоявшаяся от смолы и фусов надсмольная вода из верхней части осветлителя поступает в промежуточный сборник 7, из которого насосом 8 подается в газосборники на орошение горя чего газа. Таким образом, надсмольная вода, подаваемая на орошение газооборников, находится в замкнутом цикле: газосборники -> осветлитель -> промежуточный сборник -> газосборники.
Коксовый газ из сепаратора 2 поступает в межтрубное пространство газовых холодильников 9 и охлаждается холодной технической водой, поступающей в трубное пространство холодильников. При температуре входящей охлаждающей воды 20— 25° С коксовый газ охлаждается до 25—30° С.
В связи с большим объемом газа на современных коксохимических заводах устанавливают несколько холодильников, включаемых параллельно или последовательно.
Из холодильников 9 коксовый газ поступает в электрофильтры 10. Охлажденный и очищенный от туманообразной смолы газ засасывается в нагнетатели 11, которые под давлением 1700— 2000 мм вод. ст. транспортируют газ непосредственно в сульфатное отделение.
Конденсат газа из межтрубного пространства холодильников стекает через гидрозатвор 12 в заглубленный промежуточный сборник 13. В этот же сборник через гидрозаторы 14 поступает также конденсат газа из машинного отделения и электрофильтров. Из сборника 13 конденсат газа насосом 15 'подается в отстойник 16, где вода и смола разделяется в результате разности их плотностей. Так как вода легче смолы, то при отстаивании она оказывается над смолой, поэтому и получила название надсмольной.
Рисунок 6 – Технологическая схема охлаждения коксового газа с применением трубчатых холодильников
ГАЗОВЫЕ ХОЛОДИЛЬНИКИ
Трубчатые холодильники нашли в последние десять-пятнадцать лет наибольшее применение на вновь построенных и реконструированных коксохимических заводах. Для первичного охлаждения газа устанавливались шестиходовые вертикальные трубчатые холодильники системы Гипрококса рис. поверхностью охлаждения 2100 м2. Производительность этого холодильника по газу равна 10—11 тыс. м*/ч газа, приведенного к нормальным условиям.
Газ движется в межтрубном пространстве, охлаждающая вода — в трубах. Так как коэффициент теплопередачи возрастает с увеличением скорости движения газа и воды, то для увеличения этих скоростей холодильник разделен вертикальными перегородками на шесть секций.
Холодильник по высоте разделен тремя горизонтальными перегородками, образующими нижнюю камеру для воды, среднюю — камеру охлаждения, заполненную трубами, и верхнюю камеру для перелива воды.
Газ вступает в межтрубное пространство камеры охлаждения и последовательно проходит из одной секции в другую. Вода поступает в нижнюю камеру, разделенную также на секции, и поднимается по трубам шестой по ходу газа секции (первой по ходу воды) вверх, затем сливается по трубам вниз и т. д. Таким образом, во всех шести секциях соблюден полный противоток движения газа и воды.
Для поддержания постоянной скорости движения газа и воды и, следовательно, постоянства коэффициента теплопередачи от газа к воде секции, по которым движется газ, имеют переменное сечение: наибольшее у первой по ходу газа секции и наименьшее у последней по ходу газа секции. Для воды, движущейся в противоточном направлении, наименьшее сечение труб в первой по ходу воды секции и наибольшее в месте выхода ее из холодильника. Весьма важным фактором, в значительной мере определяющим эффективность работы трубчатых холодильников, является скорость газового потока. Она, естественно, будет тем выше, чем больше нагрузка холодильника по газу. Поэтому лучшее охлаждение газа при меньшем расходе охлаждающей воды получается при последовательном прохождении газа через ряд соединенных друг с другом холодильников. Однако при этом резко возрастает сопротивление газовому потоку, т. е. разность разрежения газа до и после холодильников увеличивается.
|
Рисунок 7 – Схема газового холодильника