3. Вторичные энергоресурсы коксохимического производства

3.1 Тепловой баланс процесса коксования и общая характеристика вэр коксохимического производства

В основу коксохимического производства положен процесс коксования, который заключается в нагреве без доступа воздуха смеси углей марок К, Г, Ж, СС, ОС. Основной уголь для получения кокса – К (коксующийся), уголь Г (газовый) дает усадку коксового пирога, что облегчает выталкивание кокса из камеры коксования. Угли Ж (жирный), СС (слабо спекающийся) и ОС (отощеный спекающийся) используют в небольшом количестве для экономии коксующегося угля.

В процессе нагрева происходит термическое разложение углей, сопровождающееся выделением летучих, которые образуют коксовый газ, и спеканием углеродистого остатка в кокс.

Коксование осуществляется в камерных печах, которые формируются в виде батарей:

1 – камера коксования (66 или 77 камер);

2 – отапливаемые простенки (вертикалы).

Отходящие газы после вертикалов направляются в регенераторы, в которых нагреваются газ и воздух, идущие на отопление коксовых батарей. После регенераторов температура отходящих газов составляет 250-300^○С.

Ориентировочно тепловой баланс процесса коксования выглядит следующим образом:

Приход теплоты	Расход теплоты
Теплота, получаемая от сжигания топлива (Qт ~95%)	Теплота раскаленного кокса (Qк~40%)
Физическая теплота газа и воздуха, идущих на обогрев печи (Qг.в.~2%)	Физическая теплота прямого коксового газа (Qк.г.~30%)
Физическая теплота угольной шихты (Qш~2%)	Физическая теплота продуктов сгорания отопительного газа (Qпр.сг. ~20%)
Теплота от угара кокса (Qуг~1%)	Потери теплоты в окружающую среду (Qпот~10%)
Всего: 100%	Всего: 100%

Из расходной части теплового баланса следует, что процесс коксования является источником тепловых ВЭР, на долю которых приходится 90% от общего расхода теплоты: теплота раскаленного кокса (40%), физическая теплота прямого коксового газа (30%) и теплота продуктов сгорания отопительного газа (20%).

Коксохимическое производство является также источниками топливных ВЭР:

• коксовый газ: Н₂~50%; СН₄~25%; СО~5%; Q ~17 МДж/м³;

• коксовые отсевы: коксовый орешек 10÷25мм; коксовая мелочь 0÷10мм.

Коксовый газ используют в качестве топлива в различных технологических печах и агрегатах. Коксовые отсевы используют:

• в качестве технологического топлива, например, при агломерации железорудного сырья;

• в качестве сырья для производства электродов в электро-сталеплавильном и ферросплавном производствах;

• в качестве восстановителя, например, в ферросплавном производстве.

3.2 Утилизация теплоты раскаленного кокса

Использование теплоты раскаленного кокса связано с тушением (охлаждением) кокса и возможно при сухом тушении, которое в отличии от мокрого (водяного), имеет следующие преимущества:

• Существенно улучшается качество кокса вследствие отсутствия растрескивания (образования мелочи) и увлажнения кокса. Изотермическая выдержка при сухом тушении делает кокс более пористым и газопроницаемым, повышается реакционная способность кокса.

• Отсутствует расход воды на орошение кокса и, соответственно, образование токсичных сточных вод (при мокром тушении расход воды составляет 4-5 м³/т кокса).

• Отсутствует выделение токсичных паров в атмосферу.

• Возможно получение пара энергетических параметров (4 МПа в количестве 0,4 т/т кокса).

Теплоту раскаленного кокса используют в установках сухого тушения кокса (УСТК), см. рисунок 3.1.

Рисунок 3.1 – Принципиальная схема установки сухого тушения кокса

Обозначения к рисунку 3.1:

1 – подача раскаленного кокса; 2 – выход охлажденного кокса; 3 – камера сухого тушения, которая включает (позиции 4-7): 4 – форкамера для приема раскаленного кокса; 5 – косые газовые каналы для выхода газа; 6 – зона сухого тушения; 7 – подвод газа и газораспределительное устройство; 8 – пылеосадительная камера; 9 – котел-утилизатор (позиции 10-16): 10 – питательный насос; 11 – экономайзер; 12 – барабан-сепаратор; 13 – циркуляционный насос; 14 – испарительные поверхности нагрева; 15 – пароперегреватель; 16 – выход перегретого пара; 17 – пелеосадительный циклон; 18 – эксгаустер, обеспечивающий циркуляцию охлаждающего газа; 19 – отвод коксовой мелочи и пыли

Циркулирующий в УСТК охлаждающий инертный газ представляет собой продукт взаимодействия первоначально находящегося в газоходах УСТК воздуха перед пуском с раскаленным коксом:

В котлах-утилизаторах УСТК получают пар с параметрами: р_п 4 МПа и ^○C.

В отечественных УСТК применяют два варианта котлов-утилизаторов:

І. КСТК-25/3,9 (см. рис.3.1):

КСТК – котел сухого тушения кокса;

25 – паропроизводительность котла, т/ч;

3,9 – давление пара, МПа.

ІІ. КСТ-80:

КСТ – котел сухого тушения (конфигурация газохода – вертикальная);

80 – количество циркулирующего охлаждающего газа, тыс. м³/ч.

Зарубежные модификации УСТК включают:

1. Экраны на внутренней поверхности шахты камеры сухого тушения, которые выполняют функцию испарительных поверхностей нагрева, включенных в общий контур циркуляции с котлом-утилизатором. Экраны устанавливают также внутри шахты, что разделяет слой кокса по толщине и ускоряет охлаждение.

2. Использование теплоты охлаждающего газа для подогрева угольной шихты, загружаемой в камеры коксования.

3. В качестве охлаждающего газа используют доменный газ.

Паропроизводительность УСТК определяется по формуле:

, (3.1)

где – тепловой к.п.д. котла-утилизатора;

– энтальпия питательной воды при температуре насыщения в соответствии с давлением в барабане котла-утилизатора;

– энтальпия питательной воды на входе в экономайзер;

– величина продувки (в долях единицы);

– теплота парообразования в соответствии с давлением в барабане;

– теплота циркулирующего охлаждающего газа

, (3.2)

здесь – расход циркулирующего газа (производительность эксга-устера);

, и – энтальпия, теплоемкость и температура циркулирующего газа на входе в котел-утилизатор;

, (3.3)

Проблемы эксплуатации УСТК:

• угар кокса;

• взрывоопасность, которую исключают путем корректировки состава газа добавлением инертного газа, например, азота;

• абразивный износ газоходов УСТК и поверхностей нагрева котла вследствие запыленности газа коксовой пылью;

• сернокислотная коррозия хвостовых поверхностей нагрева котла.