5.4. Загрузка коксовых печей и выдача кокса
Полнота и постоянство загрузки коксовых печей являются важным фактором, обеспечивающим высокую производительность и нормальный обогрев печей. Запас угольной шихты, обеспечивающей двухсменную работу печей, накапливается в угольной башне, железобетонном бункере, который при различных вариантах компоновки коксовых батарей располагается посередине между двумя или между четырьмя коксовыми батареями. В зависимости от этого вместимость угольной башни по шихте составляет 3 - 6 тыс. т. Башня внутренними перегородками разделяется на 2 - 4 секции. В нижней части угольной башни по ее ширине на выходах из секций располагается ряд затворов, через которые угольная шихта поступает в бункера углезагрузочного вагона. Число рядов затворов по длине угольной башни соответствует числу загрузочных люков коксовых печей.
Для предотвращения возможности зависания угольной шихты в башне и образования на стенках секций настылей окисляющейся шихты в башне на 2 - 3 уровнях по высоте подводится сжатый воздух (0.3 - 0.6 МПа), подача которого прерывистыми импульсами обеспечивает пневмообрушивание шихты. Процесс загрузки коксовых печей осуществляется в следующей последовательности. Загрузочный вагон устанавливается под соответствующим рядом затворов угольной башни. Использование рядов затворов для выпуска шихты проводится по графику, с тем, чтобы шихта не зависала в одной из групп затворов. В зимнее время должен быть обеспечен обогрев затворов угольной башни для предотвращения их замерзания.
Набор шихты в загрузочный вагон осуществляется по массе или по объему. Контроль загрузки по массе осуществляется весами, которые могут быть смонтированы на вагоне или установлены стационарно под башней. Колебания набора шихты в вагон не должны превышать ±0.8 % от установленной нормы. В настоящее время должна осуществляться только бездымная загрузка угольной шихты в коксовые печи, то есть не должно быть выделений дыма, пламени и угольной пыли.
Наиболее распространенным отечественным методом бездымной загрузки коксовых печей является инжекция газов загрузки в газосборники коксовых печей. Установлено, что бездымность при загрузке определяет создаваемое паровой или гидравлической инжекцией достаточное разрежение в подсводовом пространстве коксовой камеры и порядок выпуска шихты из бункеров загрузочного вагона, который обеспечивает также и полноту заполнения камеры.
После того, как вагон установлен над загрузочными люками, при закрытых крышках стояков включается подача пара (0.7 - 1 МПа) или аммиачной воды (2.5 МПа) в форсунку, расположенную в колене стояка, и инжектирующая струя увлекает газы, выделяющиеся при загрузке в газосборники. Если давление пара или воды и конструкция форсунки обеспечивают разрежение в подсводовом пространстве коксовой печи не менее 50 Па, выбивания пламени, пыли и газов из-под телескопов загрузочного вагона не происходит. Следует отметить, что при любой конструкции отсасывающих устройств разрежение во втором загрузочном люке не должно превышать 100 Па во избежание создания условий разграфичивания кладки печей.
Шихта из бункеров загрузочного вагона выпускается в следующем порядке: сначала начинается выпуск шихты из бункера, расположенного с коксовой стороны, затем из бункера машинной стороны, а потом и из среднего бункера. Когда сход шихты из среднего бункера прекращается, в печь подается планирная штанга, которая разравнивает (планирует) в камере шихту, выходящую из среднего бункера. После окончания процесса планирования шихты в камере коксования и удаления планира из камеры вагон перемещается к угольной башне за новой порцией шихты. При инжектировании газов загрузки в газосборники в них может попадать значительное количество угольной пыли, что увеличивает зольность каменноугольной смолы и, соответственно, пека. Поэтому паро - и гидроинжекция успешно применяются при коксовании угольной шихты с влажностью не менее 8 - 10 %.
В зарубежной практике получили распространение методы, бездымной загрузки с очисткой газов загрузки на загрузочном вагоне. При этом газы загрузки отсасываются из камеры через специальные отверстия, люки или через стояки в очистную систему, расположенную на вагоне. Система имеет пылеулавливающее устройство и камеру дожигания газов загрузки. Такие системы испытываются и в нашей стране.
Для загрузки термоподготовленной угольной шихты, которая имеет влажность менее 2 %, разработаны методы очистки газов на вагоне, а также система загрузки с помощью транспортеров и по трубопроводам. Загрузка влажной шихты вместе с планированием занимает 3 - 6 мин. Время подачи планирной штанги в печь считается временем ее загрузки и фиксируется машинистом коксовыталкивателя.
После загрузки в камере не должно оставаться скосов, не заполненных шихтой. Уровень загрузки должен быть таким, чтобы между шихтой и сводом камеры оставалось расстояние 250 - 350 мм. Если в бункеры загрузочного вагона набрано больше шихты или нарушен порядок выпуска ее из бункеров, а также при некачественном планировании, могут забиваться загрузочные и газоотводящие люки. Это приводит к затруднению эвакуации парогазовых продуктов из камеры коксования, то есть к нарушению гидравлического режима и ухудшению качества химических продуктов коксования. Переполнение камеры, а также забивание загрузочных люков могут быть причиной затруднений при выдаче кокса. Наоборот, недогруз камер шихтой приводит к перегреву подсводового пространства камеры коксования, повышенному отложению графита на своде. Выталкивание готового коксового пирога из камер коксования (процесс выдачи кокса) самым непосредственным образом влияет на качество кокса и срок службы коксовых печей.
Перед выдачей коксового пирога из камеры печь должна быть подготовлена. При помощи клапана в клапанной коробке, соединяющей колено стояка с газосборником, печь отключается от газосборника, крышка стояка открывается и с этого момента печь сообщается с атмосферой. Готовые печи должны отключаться от газосборника не ранее чем за 20 мин до выдачи. В это время проводится очистка стояка от отложений графита. Устройство для очистки стояков смонтировано на загрузочном вагоне и этот процесс на современных коксовых батареях механизирован. Коксовыталкиватель с машинной стороны, а двересъемная машина с коксовой снимают двери с печи, и с коксовой стороны в печь вдвигается ванна коксонаправляющей, против которой устанавливается тушильный (коксовозный) вагон.
С машинной стороны после отвода двери коксовыталкиватель устанавливает выталкивающую штангу. При получении сигнала с коксовой стороны (через систему блокировки или другим путем) машинист коксовыталкивателя включает механизм передвижения штанги и проводит выталкивание коксового пирога. Время подачи выталкивателя штанги в печь считается временем выдачи печи, то есть окончанием процесса коксования; оно фиксируется машинистом коксовыталкивателя и является основой для подсчета фактического времени коксования. В процессе выталкивания коксового пирога из камеры штанга коксовыталкивателя передвигается со скоростью около 0.5 м/с, соответственной должна быть и скорость передвижения тушильного вагона, что обеспечивает его равномерное заполнение коксом. После окончания выдачи кокса коксовыталкиватель и двересъемная машина устанавливают на камеру двери: предварительно должны быть убраны просыпавшиеся кокс и остатки очищенных механизмами отложений на рамах и дверях коксовой печи.
На батареях последних конструкций, вновь строящихся и реконструируемых, двересъемные машины оборудованы устройствами для предотвращения выбросов пламени, дыма и пыли в атмосферу при выдаче кокса. Эти устройства состоят из вытяжных зонтов, отсасывающих вентиляторов и систем очистки газов, образующихся при выдаче.
При правильно организованном температурном и гидравлическом режиме, а также установленном периоде коксования затруднений при выдаче кокса не происходит, так как в результате усадки между коксом и стенкой камеры образуется зазор 5 - 15мм. Поэтому усилие механизма передвижения штанги коксовыталкивателя с коксовым пирогом незначительно отличается от усилия "холостого хода" пустой штанги. Только в первый момент "срыва" пирога с места наблюдается пик нагрузки. Сила тока в амперах, то есть нагрузка электродвигателя при выталкивании кокса, характеризует усилия при выдаче коксового пирога.
Для каждой коксовой батареи в зависимости от характеристики тока, количества кокса, состояния кладки устанавливается допустимая норма нагрузки (сила тока) - "ампераж" при выдаче кокса. Поскольку мощность мотора выталкивающей штанги достаточно велика и при заклинивании кокса в камере может быть повреждена кладка коксовой камеры, на двигателях штанги коксовыталкивателя устанавливается защита, срабатывающая при повышении силы тока выше допустимых пределов. Эксплуатировать коксовыталкиватели при отсутствии токовой защиты не разрешается.
В процессе эксплуатации коксовых печей могут также наблюдаться положения, когда кокс из печи выдается, но со значительно большим усилием (амперажом), чем это характерно для данной коксовой батареи, так называемый "тугой ход", а также условия, когда коксовый пирог при первом нажатии штанги коксовыталкивателя не трогается с места и не выходит из печи. Это называется "бурением" кокса. Тугой ход коксового пирога, а тем более "бурение" являются аварийным положением при эксплуатации коксовой печи.
Загрузка и выдача коксовых печей должны проводиться в определенной последовательности (серийности), поскольку в конце периода коксования в кладке отопительных простенков происходит аккумуляция тепла, а после загрузки камер шихтой некоторое время происходит значительный съем тепла и температура в них понижается. Поэтому, если по каким-либо причинам будут загружены угольной шихтой две рядом расположенные камеры, то от простенка, расположенного между ними, будет отбираться значительное количество тепла и температура в нем резко понизится.
Давление распирания, развивающееся в процессе коксования угольной загрузки, в этом случае также практически одновременно будет действовать на отопительный простенок, что может отрицательно сказаться на сохранности кладки. Кроме того, в этих двух камерах процесс коксования закончится почти одновременно, и готовый кокс придется выталкивать из двух рядом расположенных камер коксования, где кокс отошел от стенок. Многократное повторение этого процесса может привести к тому, что в результате переохлаждения и многоразовых воздействий давления распирания, кладка камер может быть разрушена, отопительные простенки могут быть смещены относительно своего первоначального положения.
Поэтому последовательность выдачи кокса из печей, или, как ее называют, "серийность", должна быть строго определенной, обеспечивающей сохранность кладки печей и сравнительно одинаковые температурные условия по длине батареи. Эти условия обеспечиваются только при соблюдении следующих принципов:
При выдаче кокса из какой-либо печи соседние должны быть загружены.
Разница в степени готовности кокса между печами по обе стороны от выдаваемой должна быть минимальной.
Свежие загрузки должны быть по возможности равномерно расположены по длине батареи.
4.Холостой пробег машин должен быть минимальным.
В общем виде серийность может быть представлена как "м - н", где первая буква (цифра) означает интервал - число печей, расположенных между выдаваемыми, общее число серий, а значит, и новых заездов машин. Вторая - интервал между печами, выдаваемыми в этой и последующей сериях. Выбор серийности определяется исходя из возможности коксовых машин, а значит, и числа печей в батарее.
Наиболее распространены серийности 9-2, 2-1, 4-2, 5-2. В первом варианте кокс выдают через девять печей. Для удобства счета и соответствия графика при этой серийности в нумерации печей отсутствуют цифры, оканчивающиеся на нуль. По второму варианту кокс выдают через 1 печь, по третьему - через 4 печи, по четвертому - через 5. Число серий определяется числом печей в батарее. Расчеты показывают, что максимальная разница во времени между серединой периода коксования и фактическим временем в печах по обе стороны от выдаваемой (оптимальный вариант) при серийности 9-2-2-2.5 ч; 2-1 - 1.2-1.3 ч и 5-2 - до 3.3ч.
На большинстве относительно старых коксовых батарей применяется серийность 9-2. Она обеспечивает равномерное распределение свежезагруженных и готовых к выдаче печей по длине батареи. На печах большей емкости, с учетом необходимости совмещения операций выдачи и планирования, для уменьшения машинного времени серийность 2-1, 5-2 и 4-2. На пекококсовых печах применяют серийность 5-2.
Для соблюдения установленной оптимальной серийности и постоянства периода коксования во всех печах составляют поминутный график выдачи. Важнейшим условием, определяющим высокое и равномерное качество кокса, является соблюдение постоянства периодов коксования во всех печах, из которых выдается кокс на протяжении каждой смены.
Периодом коксования называется промежуток времени от загрузки до выдачи кокса. Оборотом печей считается период коксования плюс время, затраченное на обработку печей, т.е. на простой камеры между операциями выталкивания кокса и планирования шихты.
При наличии значительных отложений графита на стенках и сводах камер разрешается работать с одной, а в порядке исключения с двумя и более пустыми печами. При этом разрыв между оборотами печей и периодом коксования увеличивается.
Оборот печей за данный промежуток времени подсчитывается по формуле:
где τ - оборот печей в часах; N - число печей в батарее; n - число печей, из которых выдан кокс за сутки, месяц; а - число часов в сутках, месяце; b - суммарное количество часов циклических простоев за сутки, месяц; d - продолжительность одного циклического простоя в часах.
Период коксования устанавливается ежемесячно для каждой батареи в соответствии с плановыми показателями. Период коксования не должен быть меньше минимально допустимого, утвержденного для каждой батареи. Время выдачи кокса из каждой печи определяется графиком выдачи.
Коксохимическое производство работает по так называемому цикличному графику выдачи. Основными положениями при составлении этого графика является то, что оборот печи разбивается на рабочую и ремонтную части. Выдача после остановки должна всегда начинаться с одной и той же печи и за рабочую часть цикла должны быть выданы все печи батареи, независимо от серийности.
При работе по цикличному графику смена сдается и принимается на ходу. Время цикличных остановок принимается обычно от одного до двух часов. При цикличном графике можно знать заранее время остановок коксовых машин, планировать их ревизию и планово-предупредительные ремонты, тщательнее, в условиях большей безопасности проводить уборку.
Для контроля за выполнением графика выдачи ведется специальный журнал, в котором записываются: заданная норма выдачи, т.е. число печей, из которых должен быть выдан кокс за смену, заданное и фактическое время выдачи кокса из каждой печи, масса шихты и время ее загрузки в каждую камеру и "ампераж" при выдаче.
Исполнение графика оценивается коэффициентами равномерности выдачи, которые также заносятся в журнал.
Расчетный коэффициент равномерности (Кр) определяется по формуле:
где т -заданное число печей в смену, из которых выдается кокс; а - число печей, включенных в график с отклонением от утвержденного периода коксования более чем на ± 2-5 мин.
Для оценки работы эксплуатационных бригад подсчитывается исполнительный коэффициент равномерности выдачи кокса (Кисп) по формуле:
где П - заданное число печей, из которых должен быть выдан кокс за смену; П1 - число печей, из которых фактически выдан кокс за смену; П2 - число печей, из которых кокс выдан с нарушением установленного периода коксования более чем на ±5 мин.
Для оценки работы персонала коксового цеха в целом по соблюдению установленного периода коксования определяется общий коэффициент равномерности выдачи кокса Ко6щ по формуле:
