13.3.2. Вертикальная усадка загрузки в печных камерах разной высоты

Для практического использования получены уравнения зависи­мости абсолютных величин усадки по стадиям процесса (Y₁, Y₂; Y₃) и общей (У) от уровня измельчения угольной шихты (Х₁ =70-82% класса <3 мм), ее влажности, % (Х₂ = 5,5-8,7), выхода летучих веществ на сухую массу, % (Х₃ = 23-28) и полезной высоты печных камер, м (Х₄ = 4-6,7).

Y₁ = - 35,666+1,5379*Х₂*Х₄ - 0,0089649*Х₁² +0,58481* Х₁ *Х₄ (262)

Y₂ = - 10,261 + 0,21186*Х₃*Х₄ + 0,014145*Х₁² (263)

Y₃ = - 6,8783 + 0,053973*Х₁*Х₃ + 0,89929*Х₂*Х₄ (264)

Y = - 34,99 + 0,61947*Х2*Х3 + 0,89225*Х1*Х4 (265)

На первой стадии усадка тем больше, чем выше уровень измельчения угольной шихты и высота печной камеры; при увеличении влажности усадка вначале растет, а затем начинает снижаться. Величина влажности, при которой усадка наибольшая, будет тем выше, чем больше высота загрузки, во всех случаях она находится вне пределов области экспери­ментирования.

На второй стадии усадка тем больше, чем выше уровень измельчения угольной шихты и меньше высота камеры. Это можно объяснить тем, что усадка в данном случае идет, в основном, в результате спекания оста­точного материала угольной загрузки и частично нейтрализуется вспучиванием, что в свою очередь, зависит от плотности насыпной массы угля после подсушки: чем больше плотность, тем больше вспучивание.

Усадка на третьей стадии тем больше, чем выше уровень измельчения шихты, выход летучих веществ из нее и чем меньше высота камеры коксования. То есть исходная плотность, и плотность полученного полу­кокса определяют величину усадки в завершающей стадии процесса.

Полная усадка тем больше, чем выше уровень измельчения шихты, влажность, выход летучих веществ и чем меньше высота камеры.

13.3.3. Горизонтальная усадка загрузки и конечный вид коксового пирога

Горизонтальная усадка, а точнее отход боковых поверхностей коксового пирога от стен и образование раздела между двумя его поло­винами в осевой плоскости, происходит после превращения сомкнув­шихся пластических слоев в полукокс и до завершения коксования. Во времени она совпадает с 3-й стадией вертикальной усадки. Оба вида усадки имеют одну природу, поэтому, учитывая характер сжатия полукокса-кокса, можно допустить, что отно­сительная величина усадки в вертикальном и горизонтальном направ­лениях одинакова.

Таким образом, зная закономерности изменения относительной усадки на разных стадиях коксования и распределения угольной загрузки по плотности в печной камере, можно описать картину конечного вида коксового пирога. Для этого взяты результаты исследования плотности загрузки в полномасштабной модели печной камеры.

Разделение коксового пирога на две половины происходит в период, когда завершается затвердевание вспучившейся массы пласти­ческого слоя в вертикальной осевой плоскости загрузки. После этого усадка каждой половины идет раздельно к своим центрам.

Если учесть толщину рыхлой губчатой массы кокса, образовав­шейся после затвердевания пластического слоя, и разницу в температурах по ширине коксуемого массива, то ширина зазора в осевой плоскости между половинами коксового пирога будет равна не менее чем двум зазорам между стеной и боковой поверхностью.

При равных условиях коксования по длине и высоте камер усадка коксового пирога зависит от исходной плотности загрузки, а конечная конфигурация перед выдачей должна соответствовать характеру исход­ного распределения плотности насыпной массы угольной шихты в печной камере: чем выше плотность, тем больше будет соответствующий ей объем участка коксового пирога, т.е. меньше вертикальная и боковая усадка, и, наоборот, чем ниже исходная плотность, тем больше усадка.

При равных условиях коксования по длине и высоте камер усадка коксового пирога зависит от исходной плотности загрузки, а конечная конфигурация перед выдачей должна соответствовать характеру исход­ного распределения плотности насыпной массы угольной шихты в печной камере: чем выше плотность, тем больше будет соответствующий ей объем участка коксового пирога, т.е. меньше вертикальная и боковая усадка, и, наоборот, чем ниже исходная плотность, тем больше усадка.

На рисунке 71 показано распределение шихты по плотности средней по высоте (ряд I), а также усредненные для трех уровней (ряды 2,3,4) по высоте. Снизу каждому значению плотности соответствует усадка: в первом ряду полная вертикальная (Y), на всех остальных уровнях отход боковой поверхности коксового пирога от стен (Y_ос).

Верхний уровень коксового пирога имеет существенные различия по высоте под люками, между люками и у дверей. Если в печах старых конструкций эти различия не были заметными, то в печах с высотой камер 6 - 7 м они достигли 100 - 150 мм, и их необходимо учитывать при расчете уровня перевала продуктов сгорания отопительного газа. Имеются различия и в отходе боковой поверхности коксового пирога от стен даже по усредненным данным (от 2,9 до 4,2 мм). Между зонами самой большой и самой низкой плотности загрузки в коксовой камере различия будут еще больше (от 1,2 до 6,4 мм).

Величина теоретически рассчитанных данных согласуется с полученными путем непосредственного измерения горизонтальной усадки. Поданным, величина бокового зазора в одной и той же печной камере колеблется от 1 до 12 мм. Причем в тех случаях, когда в большинстве точек зазоры между коксовым пирогом и стенами камер <1,5 мм и почти отсутствуют зазоры > 4-5 мм, отмечается повышенное усилие при выдаче кокса.

На рисунке 72 на основе выполненного анализа приведено схемати­ческое изображение формы коксового пирога в конце коксования: в нижней части под люками зазор наименьший. На более высоких уровнях усадка несколько увеличивается, а в самой верхней части снова умень­шается, так как здесь шихта уплотняется планирной штангой. Между люками в нижней части камеры коксовый пирог имеет максимальный отход от стены. По направлению вверх зазор незначительно уменьшается. Вследствие меньшей плотности загрузки между люками, более быстрого соединения пластических слоев и большей величины горизонтальной усадки, стены печной камеры в этих зонах имеют в конце коксования повышенную температуру и сильнее заграфичиваются.

Аналогично описывается изменение ширины зазора между двумя половинами коксового пирога по оси печной камеры.

Выполненного анализ позволяет: определять уровень перевала продуктов сгорания отопительного газа коксовых батарей; прогнозировать величину горизонтальной усадки коксового пирога по результатам измерения вертикальной усадки загруз­ки различной исходной плотности; в комплексе с другими показателями ориентировочно оценивать условия пиролиза парогазовых продуктов, уровень заграфичивания кладки печных камер и возможные затруднения в эксплуатации коксовых печей.