2. Основна частина.

2.1. Бездимне завантаження вугільної шихти із застосуванням паро інжекції.

В даний час коксові батареї будуються з двома газозбірника і парова інжекція здійснюється з двох сторін камери коксування, при цьому спочатку проводять одночасний випуск шихти з двох крайніх бункерів углезагрузочного вагона (середній завантажувальний люк при цьому закритий), а після закриття люків — випуск шихти із середнього бункера з одночасним плануванням шихти в пічної камері.

Для поліпшення умов бездимної завантаження обсяг крайніх бункерів збільшений до 40 % (середній 20 %).

Стійко і досить ефективно працює парова інжекція на багатьох коксохімічних заводах. На коксохімічному виробництві Череповецького металургійного заводу прийнятий наступний режим завантаження. Пароінжекцію включають одночасно на машинну і коксову бік з початку завантаження. Шихту з бункерів випускають по черзі по системі 3-1-2. Тиск пари підтримується регулятором в межах 833-882 кПа (8,5—9,0 ат). Розрідження в підсклепінного просторі на другій годині коксування становить 294-392 Па (30-40 мм вод. ст.) (точка заміру на 50 мм нижче склепіння камери). Витрата пара на інжекцію 220 кг на одне завантаження, бездимність завантаження 80-90 %.

Спосіб бездимної завантаження ВУХІН -р - MMK полягає в тому, що під час завантаження шихти в пічну камеру відсмоктування газів завантаження проводиться одночасно в два газозбірника. Інжекції газу в газозбірник коксової сторони здійснюють при тиску пари 784-980 кПа (8-10 ат), а в газозбірник машинної сторони — при 382-490 кПа (4-5 ат). При цьому шихту з бункера з машинної сторони випускають на 20 пізніше, ніж з бункера з коксової сторони; із середнього бункера шихту випускають після спорожнення крайніх бункерів.

У період завантаження в газозбірник з коксової сторони спрямовується більша частина газів, а в газозбірник з машинної сторони — менша їх частина і з більш низьким вмістом пилу. Після закінчення завантаження шихти пічну камеру відключали від газозбірника коксової сторони і залишали підключеної до газозбірника машинної сторони. В газозбірник коксової сторони відводили тільки гази завантаження. Була розроблена і здійснена система очищення газів і смоли, що надходить з газозбірників машинного та коксового боків. Застосування цієї системи забезпечує задовільну бездимність завантаження вугільної шихти.

Застосування парової інжекції викликає віднесення вугільного пилу в газозбірник, з-за чого збільшується кількість фусів, засмічують клапанні коробки, газозбірники, смоляні сховища і декантери, очищення яких не може і в результаті порушується нормальна робота коксохімічного завода.

Цей спосіб бездимної завантаження коксових печей з двома газозбірника і з застосуванням парової інжекції усуває зазначені недоліки, поліпшує умови праці і знижує вміст золи в смолі. Для цього газозбірник коксової сторони підключають тільки на період завантаження печей.

Завантаження коксових печей ведуть послідовно, спочатку з коксової сторони без планування через один завантажувальний люк, потім з машинної сторони без планування через один 1 завантажувальний люк і через 15 - 20 хв, після перших двох операцій ведуть завантаження при плануванні середньої ділянки печі.

Для здійснення способу газозбірника коксової і машинної сторони батареї з'єднані перекидним газопроводом, а газозбірник машинної сторони роз'єднаний з відвідним газопроводом.

На фіг. 1 зображена схема газозбірників коксової і машинної сторони батареї; на фіг. 2 - те ж, вигляд у плані; на фіг. 3 - те ж, вид з торця.

Газозборнік 1 коксової сторони і газозбірник 2 машинної сторони коксової батареї 3 з'єднані існуючим перекидним газ - проводом 4 і двома новими перекидними газопроводами 5, діаметром не менше 800 мм. Бабочка газозбірника машинної сторони повністю перекривається, і весь коксовий газ прямує по двом перекидним газопроводам 5, а по існуючому газопроводу 4 коксовий газ транспортується в газопровід прямого газу. Перед завантаженням включається інжекція тільки з коксової сторони. Стояк з машинної сторони закривається кришкою і ущільнюється, клапан стояка машинної сторони закривається кришкою. Спочатку випускається шихта з завантажувального бункера вагона коксової сторони. Потім після закриття кришкою третього завантажувального люка відкривається перший люк з машинної сторони і випускається шихта з бункера вагона з тієї ж сторони. Після цього закривається кришкою завантажувальний люк і включається інжекція з коксової сторони. Після завантаження коксової печі з двох бункерів завантажувального вагона включається клапан стояка з машинної сторони. Довантаження печі шихтою із середнього бункера здійснюється через 15 - 20 хв після перших двох операцій; одночасно з довантаженням печі проводиться планування шихти. При дозавантаженні включається інжекція та клапани стояків обох сторін. Після довантаження клапан стояка коксової сторони відключається від газозборники на весь період коксування. Зрошення газозбірника коксової сторони здійснюється як звичайно. Нові перекидні газопроводи 5 зрошуються аміачною водою зі стоком її в газосборнік 2 машинної сторони, Коксовий газ, що виділяється при коксуванні, після промивання і охолодження в газозбірнику 2 машинної сторони і в нових перекидних газопроводах 5, не містить смоли, що сконденсувалася б у значній кількості в газозбірнику 1 коксової сторони, так як темпі. ратура газу в газопроводах 5 підтримується на рівні 80 в 1. Кількість смоли, що виділяється в газозбірнику 1 коксової сторони, пропорційно періоду завантаження, що становить для газозбірника 1 коксової сторони однієї батареї близько 175 кг смоли на добу (0,5% від про. ного кількості смоли). Віднесення вугільного пилу в газосборнік орієнтовно становить близько 1000 кг на добу, Для відстою смоли і пилу від аміачної води, що стікає з газозбірника 1 коксової сторони, встановлений фусовий ящик 6, ємністю 10, додатково до фусової скриньки 7. Позицією 8 на схемі позначена засувка. Трубопровід, відвідний аміачну воду з газозбірника 1 коксової сторони, прокладений під тунелем коксових печей і з'єднаний з газопроводом прямого газу. При виході з тунелю а відмітки рівня землі може бути встановлена ємність типу механізованого освітлювача або пірамідальної декантери і з'єднана з трубопроводом аміачної води. Шляхом додаткового відстою аміачна вода надходить в газопровід прямого газу чистою від фусів. Таким чином, забезпечується нормальна зольність загальнозаводської смоли при бездимної завантаження коксових печей з застосуванням парової інжекції.

Винахід відноситься до коксохімічної промисловості, зокрема до способів бездимної завантаження коксових печей. Спосіб полягає в тому, що відсмоктування газів ведуть з допомогою пароструменних ежекторів, встановлених на седловинах стояків завантажуваних печей з обох сторін батареї. Отсасуємі ежекторами гази завантаження очищають від вугільного пилу в циклонах, за загальним нагнітаючого трубопроводу подають у підсводовий простір суміжної печі і інжектується в газозборнік машинної сторони. Винахід дозволяє забезпечити очищення газів до 95-98%.

Винахід відноситься до коксохімічної промисловості, зокрема до способів бездимної завантаження коксових печей.

Відомий автономний спосіб бездимного завантаження вугілля завантажувальним вагоном з відсмоктуванням вентиляторами газів завантаження від завантажувальних люків з пристроями для їх мокрої або сухої очистки з допалом або без нього та скидання в атмосферу очищених від вугільного пилу газів або продуктів їх спалювання [1]. Недоліками методу є значне збільшення маси завантажувального вагона, безповоротні втрати сирого коксового газу та забруднення ним атмосфери або продуктами його згоряння.

Відомий напівавтономний спосіб бездимного завантаження коксових печей, в якому обладнання для відсмоктування і очищення газів завантаження винесено з завантажувального вагона і встановлено стаціонарно. Гази завантаження надходять в пиловловлювачі у завантажувальних люків, систему пиловідсмоктування на завантажувальному вагоні, яка за допомогою спеціального телескопічного пристрою приєднується на період завантаження до стаціонарного трубопроводу [2]. Тому спосіб є напівавтономним. При цьому способі бездимного завантаження маса завантажувального вагона збільшується незначно, але приєднувальний пристрій має складну конструкцію, не виключаються відкладення смоли в трубопроводах і створення вибухонебезпечних сумішей, забруднюється атмосфера.

Відомий також спосіб бездимного завантаження коксових печей з застосуванням пароінжекції газів завантаження в газозбірники [1]. Сутність методу полягає у певному порядку випуску вугілля з бункерів завантажувального вагона і евакуації газів завантаження через стояки в газозбірника по сторонах батареї. Парові сопла для інжекції розміщуються вгорі стояків по осі їх колін і з допомогою стаціонарних паропроводів і кранів приєднані до паропроводами по сторонах батареї. При включенні перед початком завантаження пара на інжекції тиском 0,7-1,0 МПа підставах стояків створюється розрідження, що забезпечує бездимність завантаження 95-98%.

В останні роки Гіпрококс розробив кілька великих коксових батарей з одним газозбірником і інжектування в ньому газів завантаження з машинної сторони, а з коксової сторони - через укорочені стояки або люки, перекидний патрубок і підсводовий простір суміжній печі [3]. Аналогічно здійснюють бездимне завантаження з допомогою вуглезагрузочного вагона нової конструкції за кордоном [4].

Основними недоліками методу бездимного завантаження з інжектування газів в газозбірнику є значний пилеунос [5], підвищення зольності смоли з 0,05-0,07% до 0,2-0,4%, збільшення її щільності і в'язкості, збільшення кількості фусів та їх відкладень в клапанних коробках, газозбірниках і сховищах смоли. Крім того, оскільки в цьому способі єдиним постійним елементом пароструйного інжектора є сопло, а коліно лише умовно можна назвати змішувальною камерою (причому без конфузора, дифузора), ефективний всмоктування і нагнітання газів завантаження забезпечують лише при досить високому тиску і витраті пари.

Витрата пари тиском 0,7-1,0 МПа на інжекції становить 380-590 кг/год, а втрати через крани можуть досягати 200-750 кг/год [1].

Відомі досліди щодо застосування циклонів різних конструкцій, з'єднаних зі стояком завантажуваної печі, для очищення газів завантаження від вугільного пилу та смоли перед подачею їх в газозбірник. Так як відсмоктування газів завантаження проводився вентилятором і з-за маток неможливо запобігти утворенню вибухонебезпечних сумішей газу з повітрям, такий спосіб бездимного завантаження розвитку не отримав.

Найбільш близьким технічним рішенням, обраним як прототип, є "спосіб бездимного завантаження коксових печей" автора Кулакова Н.К.

Спосіб бездимного завантаження коксових печей з послідовним випорожненням бункерів вуглезагрузочного вагона і відсмоктуванням газу з печей в газозбірника за допомогою парової або газової інжекції через стояки машинної або коксової сторін, причому відсмоктування газів завантаження при випуску шихти з бункера вуглезагрузочного вагона з коксової сторони проводять через стояк з машинної сторони, а при випуску шихти з бункера з машинної сторони відсмоктування газів виробляють через стояк з коксової сторони, при випуску шихти із середнього бункера відсмоктування газів виробляють через стояки з машинного та коксового боків одночасно.

У даного методу істотним недоліком є незначне поліпшення якості кам'яновугільної смоли, т. як гази завантаження відсмоктуються через стійки в газосборнік без очищення.

Завданням запропонованого способу бездимного завантаження коксових печей є забезпечення вибухобезпеки та очищення газів завантаження від вугільного пилу до подання їх до газозбірника і за рахунок цього поліпшення якості кам'яновугільної смоли, зменшення кількості фусів, а також зниження витрат і втрат пари.

Поставлена задача вирішується тим, що спосіб бездимного завантаження коксових печей включає відсмоктування газів за допомогою парової інжекції через стояки машинного та коксових боків.

Відсмоктування газів ведуть з допомогою пароструменних ежекторів, встановлених на седловинах стояків завантажуваних печей з обох сторін батареї, отсасуємі ежекторами гази завантаження очищають від вугільного пилу в циклонах і за загальним нагнітаючого трубопроводу подають у подсводовое простір суміжній печі і інжектується в газосборнік машинної сторони.

Заявляється рішення відрізняється від прототипу тим, що пароструминний ежектор не вбудовують в конструкцію стояка, а встановлюють на верх стояка завантажуваної печі з обох сторін батареї, а на батареях з одним газозбірника - на верх стояка з машинної сторони і на верх укороченого стояка або на четвертий люк з коксової сторони.

Заявляється рішення відрізняється від прототипу тим, що гази завантаження не ежектирують безпосередньо в газосборнік, а нагнітають в суміші з парою в циклон на завантажувальному вагоні для їх очищення від вугільного пилу.

Суть винаходу пояснюється кресленням, де на фіг. 1 показаний пароструминний ежектор, встановлений на сідловину стояка; на фіг. 2 представлена принципова схема установки для бездимної завантаження коксових печей, розміщеної на завантажувальному вагоні (бункери не показані).

Пристроєм, що забезпечує відсмоктування газів завантаження та їх транспортування на очищення від вугільного пилу в циклон, є відоме технічне рішення - пароструминний ежектор (фіг. 1). Він включає в себе сопло 1, трубу Вентурі, складається з конфузора 2, змішувальної камери 3, дифузора 4. Низ конфузора обрамлений обичайкою 5, яка встановлюється на сідловину стояка 6. Конфузор є верхом приймальної камери 7, якою є внутрішня порожнина стояка. На обичайці 5 укріплений паропровід 8, на якому в трійник 9 встановлено сопло 1. Сопло 1 встановлюють для ефективної роботи ежектора, точно по осі змішувальної камери 3. Пар у паропровід 8 подають по гнучкому шлангу 10. Дифузор 4 з'єднаний з напірним трубопроводом 11, за яким ежектуємі гази завантаження в суміші з парами нагнітаються в циклон для очищення.

Основні розміри ежектора і їх співвідношення визначають і оптимізують розрахунковим шляхом [6], завдяки чому для ефективного бездимного завантаження пропонованим способом досить тиск пари 0,35-0,5 МПа, тобто в 2 рази нижче, ніж при інжектувані паром газів завантаження в газозбірник, при якому єдиним постійним елементом струменного апарата є сопло.

Бездимне завантаження коксової печі роблять наступним чином (фіг. 2). Завантажувальний вагон 12 встановлюють по осі завантажуваної печі 13. За допомогою спеціального пристрою 14 на сідловини 6 стояків 15 завантажуваної печі встановлюють з транспортного в робоче положення пароструменні ежектори 16. З'єднання напірних труб 11 ежекторів і напірної труби 17 циклону 18 телескопічне або гнучким рукавом. Гнучкий шланг 10 під'єднують до найближчого (одному з шести) роздаточного патрубка 18 паропроводу 19 з допомогою бистророз’ємного підкріпленого пристрою 20 (наприклад типи головок з'єднувальних шлангів залізничних вагонів). Включають існуючий кран парової інжекції з машинної боку суміжної печі 21, додатковим люкоз’ємом знімають кришку середнього люка і з допомогою пристрою 22 опускають з транспортного в робоче положення телескопічну частину 23 загальної нагнітальної труби 24. У момент зняття люків і початку завантаження печі з крайніх бункерів включають крани 25 подачі пари в сопла ежекторів.

Таким чином, відсмоктовані ежекторами гази завантаження очищають від вугільного пилу в циклонах і за загальним нагнітаючого трубопроводу подають у подсводовий простір суміжної печі і інжектується в газозбірник машинної сторони. Вугільний пил накопичують у бункерах циклонів 26 і спрямовують по трубах 27 в одну з завантажувальних печей. При цьому можна прямим методом оцінити пилевинос з печі. По закінченні завантаження операції виконують в наступній послідовності: включають кран інжекції з машинної сторони на іншу піч, вимикають кран ежектора і повертають ежектор в транспортне положення, закривають кришку стояка, від'єднують від роздавального патрубка гумової шланги ежектора швидкороз'ємним пристроєм 20. При включеному крані парової інжекції повторюють (або проводять одночасно) всі операції з коксової сторони. Після цього на суміжній печі піднімають телескопічну частину 23 нагнітальної труби, люк закривають кришкою за допомогою люкоз’єма, вимикають крани інжекції на суміжній і завантажуваної печах. Завантажувальний вагон їде під вугільну вежу.

Пропонований спосіб бездимного завантаження може бути реалізований на коксових батареях, де бездимне завантаження здійснюється з допомогою парової чи гідравлічної інжекції. В останньому випадку необхідні паропроводи з машинної і коксової сторони.

Оскільки довжина гумових шлангів розрахована на обслуговування 10-12 коксових печей, на паропроводах по довжині батареї з обох сторін достатньо 5-6 роздавальних патрубків з кранами. Це дозволяє відмовитися від використання 65-69 кранів (за кількістю печей в батареї) парової інжекції з коксової сторони при бездимному завантаженні із застосуванням пароінжекції, а при використанні гідравлічної інжекції - і з машинної сторони. Використання запропонованого способу бездимного завантаження із застосуванням пароструминних ежекторів забезпечує порівняно з існуючим способом із застосуванням пароінжекції наступні переваги:

1. Поліпшення якості кам'яновугільної смоли, зниження зольності, щільності, в'язкості. У свою чергу, це забезпечує при переробці смоли отримання продуктів, що відповідають вимогам стандартів

2. Зменшення кількості фусів, поліпшення стану газовідвідного обладнання коксових печей.

3. Зниження тиску пара, скорочення її витрат і втрат.

4. Застосування способу для завантаження шихти незалежно від її вологості, а також від кількості газозбірників (один або два).

5. Застосування пара забезпечує вибухобезпечність процесу завантаження, охолодження трубопроводів і циклонів, виключає налипання в них смоли і пилу.

6. Простота конструкції установки, відсутність у ній димососів, систем дожита, мокрої очистки та ін. забезпечує незначне збільшення маси завантажувального вагона.

Пропонований спосіб бездимного завантаження із застосуванням пароструменних ежекторів є новим технічним рішенням.

Аналіз відомих технічних рішень в області способів бездимного завантаження коксових печей дозволяє зробити висновок про відсутність ознак, подібних з істотними відмітними ознаками в заявлений спосіб бездимного завантаження коксових печей, і визнати заявляється рішення відповідним ознакою "винахідницький рівень".

Дослідно-промислове застосування основних елементів способу (ефект бездимності 95-98% при низькому тиску пари на ежектор 0,4-0,5 МПа і ефективна робота циклону), на коксових печах Нижньотагільського металургійного комбінату дозволяють зробити висновок про відповідність критерію "промислова придатність".

2. Обладнання в технології бездимного завантаження вугільної шихти

Рис. 1. Схема бездимного завантаження шихти в коксову камеру:

1 — коксова камера; 2 — двері; 3 — завантажувальні люки; 4 — бункер; 5—завантажувальний вагон; б — стояки інжекторів; 7 — сопла інжекторів; 8—газозбірник; 9 — планувальна штанга; 10 — ущільнюючий пристрій; 11 — коксовиштовхувач; 12 — штанга видачі коксу; 13 — дверіз’ємна машина; 14— коксонаправляюча; 15 — тушильный вагон; 16 — рампа

Рис. 2. Крани для парової інжекції

а – з шариковим клапаном; б – конструкція Череповецького металургійного заводу; в – пружинний; г – золотникова конструкція Гіпрококса; д – з конусним клапаном.

Рис. 3. Інжектори:

а) циліндричний; б) конічний; в) конструкціі ММК.

Рис. 4. Перекидне коліно. Рис.5 Стояк з трьома форсунками

1 – газозбірник; 2 – стояк; 3 – пар; 4

вода.

2.2 Розрахунок кількості коксових печей і технологічного устаткування

Задача продуктивність КЦ 1,200,000 (тонн) робочої шихти на рік. Тоді продуктивність по металургійному коксу визначається за формулою:

де задана продуктивність заводу по шихти т/рік; ; вихід сухого валового коксу.

т/рік

1. Розрахунок необхідної кількості коксових печей визначаємо за формулою

де n - кількість печей в коксовому блоці;

Р_мк - задана продуктивність по металургійному коксу, т/ч;

t – оборот печей, ч (приймаємо 15 ч);

К - вихід сухого валового коксу від сухої шихти;

а_вк - вихід металургійного коксу;

V_к - корисний об'єм камери, м³;

у_м^с - насипна маса шихти, т/м³ (приймаємо 0,79).

2. Розрахунок ємкості вігільної башти .Корисна місткість визначається добовою потребою коксового цеху у вугільній шихті.

де Q - добова потреба в шихті, т/добу;

N - число батарей, шт.; n - число печей в батареї, шт.;

V_к - корисний об'єм коксування, м³;

у - насипна маса шихти, т/м³;

t - час обороту печі, ч;

т

Приймаємо для проектування вугільну башту місткістю 4417 т.

Розрахунок кількості комплектів обслуговуючих машин.

3. Кількість комплектів обслуговуючих машин може бути розрахована по формулі:

де n - кількість печей в блоці;

t_обсл - час прийнятий на обслуговування однієї печі, хв;

t - період коксування, ч;

t_ц - час на поточний ремонт в межах циклу

комплект машин

Приймаємо число комплектів 2, вважаючи, що кожна батарея обслуговується окремим комплектом машин.

4. Визначаємо розміри коксової рампи:

1. Довжина рампи

L= г.д.

де:

t- час охолодженого коксу в годинах

N- число батарей

n- число печей в батареї

- період коксування

г.д- довжина гасильного вагону

L=0,25

2. Ширина рампи

Б=

де:

в - середня ширина камери

б - товщина шару коксу на рампі

Н - корисна висота камери

Б=

Для гасіня коксу необхідно побудуванти

n =

n = УСГК