Лекция 10. Коксовые печи Основные конструктивные элементы кладки

Коксовые печи объединяются в батареи, которые могут иметь различное число печей. В качестве типовой бата­реи печей отечественной конструкции была принята ба­тарея,,содержащая 69, затем 61 печь.

В настоящее время в типовую батарею коксовых пе­чей с шириной камер коксования 407 и 410 мм входят 65 печей. В типовую батарею печей большой емкости с шириной камеры 450 мм входят 77 печей.

Объем камер коксования может быть различным в батареях печей разных конструкций в настоящее вре­мя строятся батареи с объемом камер коксования свы­ше 35 м³.

Ширина камер коксования является важнейшим тех­нологическим показателем, от которого в значительной степени зависят температурный режим коксования, пе­риод коксования и качество кокса. В настоящее время типовые печи строятся разной шири­ны: 410 и 450 мм.

Чтобы облегчить выдачу коксового пирога, камеры коксования имеют с коксовой стороны большую ширину, чем с машинной. Эта разность называется конусностью камеры. Для печей ПК и ПВР типовых размеров конусность камеры состав­ляла 50 мм. В печах большой емкости при большей дли­не камеры коксования конусность ее уменьшена до 40 мм.

В настоящее время имеется опытная батарея с бесконусными камерами коксования.

Увеличение длины и высоты печных камер ограничи­вается сложностью равномерного распределения темпе­ратур по длине и высоте отопительных простенков, а так­же тем, что при этом значительно увеличиваются габа­риты и вес выдачных машин.

До последнего времени большинство батарей имело высоту камер коксования не выше 4300 мм (полезная высота 4000 мм). С развитием средств равномерного рас­пределения температур по высоте коксовой камеры ста­ли строить печи с высотой камер 5000, 5500 и 6000 мм.

До последнего времени принимали типовую длину камер, равной 13120, 14080 и 15040 мм для батарей пе­чей большой емкости.

Полезный объем камеры коксования рассчитывается исходя из проектной высоты подсводового пространства 300 мм и фактической глубины захода футеровки дверей в печь. На новых батареях она составляет 4202=840 мм.

Кладку коксовой батареи можно разделить на верх­нее строение, куда . входят обогревательные простенки и перекрытие печей, и нижнее строение, включающее всебя регенераторы и корнюрную зону или зону косых ходов (рис. 1).

Весь массив кладки коксовой батареи имеет общее железобетонное основание—фундамент, ограниченный по бокам железобетонными контрфорсами, служащими для сдерживания кладки батареи от перемещения при ее разогреве и во время эксплуатации. Контрфорсы связа­ны между собой шестью продольными металлическими стяжками, обеспечивающими устойчивость контрфорсов от теплового расширения батареи. Железобетонное осно­вание состоит из верхней и нижней фундаментных плит. Верхняя фундаментная плита для облегчения скольжения кладки батареи в период разогрева выстилается красным кирпичом и листами жести. В выстилке фунда­мента и в перекрытии камер оставляют каналы для укладки поперечных анкерных стяжек. В фундаментной плите батареи печей с боковым подводом отопительного газа располагают борова батареи.

Батарея имеет пять боровов, в том числе четыре ды­мовых борова, соединенных попарно арочными каналами для отвода продуктов горения с коксовой и машинной сторон батареи. Вентиляционный боров обеспечивает охлаждение фундаментной плиты воздухом, поступаю­щим из продольных туннелей батареи через малые вен­тиляционные каналы. Воздух из вентиляционного борова отсасывается через колодец, устроенный в одном из контрфорсов. Этот воздух с помощью вентилятора может в зимнее время направляться на обогрев затворов уголь­ной башни. Дымовые борова объединяются в общий, сводный боров, примыкающий к дымовой трубе.

На батареях коксовых печей с нижним подводом ото­пительного газа отвод продуктов горения осуществляет­ся через один или два борова, расположенные по сторо­нам батареи. Вентиляционный боров на батареях этой конструкции отсутствует. Верхняя фундаментная плита покоится на колоннах. Между верхней и нижней фунда­ментными плитами образуется нижний туннель, где рас­полагаются газораспределительная и воздухоподводящая арматуры батареи.

Обогревательный простенок состоит из отопительных вертикалов и перекрытия простенка. Наружные стороны обогревательного простенка служат стенами коксовой камеры. На обогревательный простенок действуют наи­более высокие температуры, достигаемые в коксовых печах.

Кроме того, на простенок оказывают значительное механическое воздействие давление распираний коксу­емой загрузки, расклинивающее давление коксового пи­рога во время его выдачи, давление вышележащего мас­сива кладки и загрузочного вагона, а также химическое воздействие компонентов газа и минеральных составля­ющих шихты. Наиболее значительно на кладку коксовой камеры действует падение температуры, происходящее при открывании дверей камер коксования и в свежеза­груженной печи.

Обогревательный простенок выкладывается из динасового фасонного кирпича сложной конфигурации, обес­печивающего высокую механическую стойкость простенка при высоких температурах. Кладка обязательно долж­на быть герметичной, что достигается соответствующей перевязкой материальных швов и применением шпунтов. Размеры простенков, толщина и конструкция раздели­тельных перегородок между вертикалами, а также тол­щина стен камеры в печах разных систем не одинаковы.

Расстояние от верхнего обреза отопительного верти­кала до верхнего обреза свода коксовой камеры назы­вается уровнем обогрева. Уровень обогрева — один из важнейших технологических параметров коксовой бата­реи, от его величины зависит обогрев верхней части кок­сового пирога.

Уровень обогрева может быть различным - от 500 до 1100 мм. Выбор его зависит от величины усадки шихт, коксуемых на данном заводе. Уровень обогрева подбира­ется для данной усадки шихты таким образом, чтобы к концу периода коксования обеспечить удовлетворитель­ный прогрев верхней части коксового пирога и не допу­стить чрезмерного перегрева подсводового пространства коксовой камеры. Поэтому для шихт, обладающих боль­шой усадкой, принимают и больший уровень обогрева.

Часть кладки, перекрывающая камеры коксования и отопительные простенки, называется соответственно пе­рекрытием камер (печей) и перекрытием простенков. В перекрытии печей располагаются загрузочные и газо-отводящие люки, перекидные каналы, а также частично смотровые шахточки. В перекрытии простенка находятся смотровые шахточки, а в печах типа ПК - перекидные каналы. Перекрытие вертикалов служит одновременно стенами верхней части камеры и выкладывается из фа­сонного динасового кирпича.

Регенераторы служат для подогрева воздуха, идуще­го для сгорания газа, и бедного отопительного газа теплом продуктов горения.

Они представляют собой узкие прямоугольные каме­ры, заполненные насадкой, и группируются вдоль коксо­вой батареи в порядке, соответствующем системе печей. Регенераторы покоятся на верхней фундаментной плите батареи. Стены их несут на себе нагрузку верхнего стро­ения печей и разделяют потоки газа, воздуха и продуктов горения. В нижней части регенераторов расположе­ны подовые каналы, отделенные от ренераторов колосни­ковой решеткой с калиброванными отверстиями, на которой покоится насадка регенераторов

Температура продуктов горения, поступающих из ото­пительных простенков в регенераторы, составляет 1300-1350° С; на выходе из регенераторов -от 280-350° С (отопление доменным газом) до 350-450° С (отопление коксовым газом). За время прохождения продуктов горения через регенератор (20 мин) темпера­тура насадки и поверхностного слоя кирпича вверху ре­генераторов повышается на 40-60° С и на столько же снижается за время прохождения воздуха или бедного газа. Герметичность стен регенераторов на границах раз­ноименных потоков имеет большое значение при эксплу­атации печей, так как в случае просачивания газа через неплотности образуются очаги горения газа, происходит ошлакование кладки, оплавление насадки, затрудняется регулирование обогрева и, наконец, происходит разру­шение кладки.

Корнюрной зоной, или зоной косых ходов, называется часть кладки, образующая основание отопительных про­стенков и коксовых камер, в которой расположены кана­лы для подвода коксового газа — корнюры, подвода воз­духа (или бедного газа) и отвода продуктов горения— косые ходы.

Корнюрная зона коксовой батареи является одновре­менно и перекрытием регенераторов.

Косые ходы соединяют обогревательные простенки с регенераторами. Размеры и форма косых ходов в печах различных систем разные. Они зависят от взаимного рас­положения регенераторов и соответствующих простен­ков. Различают длинные и короткие косые ходы.

Каждый вертикал печей, где возможен обогрев бед­ным газом, обслуживается двумя косыми ходами. На батареях, где предусмотрен обогрев только богатым газом, каждый вертикал обслуживается одним косым ходом.

В верхней части косых ходов при входе в вертикалы устанавливаются съемные калиброванные регистровые кирпичи, так называемые «бананы», предназначенные для регулирования подачи воздуха и бедного газа.

Корнюры имеют круглое сечение и располагаются по длине обогревательного простенка. Каждый простенок в зависимости от системы печей может обслуживаться од­ним или двумя корнюрами. В печах с боковым подводом богатого газа корнюры имеются с коксовой и с машин­ной сторон батареи. Каждый из корнюров подает газ в определенные вертикалы полупростенка. В системах пе­чей, обогреваемых только бедным газом, например ПК-49, корнюры отсутствуют.

В печах с нижним подводом отопительного газа пода­ча богатого газа в вертикалы осуществляется вертикаль­ными дюзами, проходящими в кладке стен регенерато­ров. В дюзы газ подается из специальных коллекторов, расположенных под верхней фундаментной плитой.

В печах корнюрного типа подача коксового газа в вертикалы осуществляется через калиброванные горелки, устанавливаемые у основания вертикалов.

К герметичности кладки корнюрной зоны предъявля­ются высокие требования, поскольку она включает в се­бя каналы сложной конфигурации, температурные швы и определяет по существу распределение газовых и воз­душных потоков по длине обогревательных простенков. Для уменьшения числа материальных швов кладку кор­нюрной зоны выполняют из фасонных и прямоугольных кирпичей большого размера.

Основным материалом для строительства современ­ных коксовых печей является динасовый кирпич. На от­дельных участках печей укладывается полукислый или шамотный кирпич. Применение динасового или шамот­ного кирпича обусловливается в основном величиной и колебаниями температур в данной зоне кладки.

Динасовый кирпич имеет более высокую огнеупор­ность, чем шамотный. Температура начала деформации под нагрузкой (20 кг/см²) динасового кирпича составля­ет 1600—1650° С, шамотного 1300—1350° С. Теплопровод­ность динасового кирпича также выше, чем шамотного, что позволяет увеличивать производительность печей.

Однако динас меньше устойчив в зоне низких температур при резких колебаниях температуры. Это обстоятельство требует особой осторожности при изменении температу­ры кладки.

Шамотный кирпич, со­держащий не менее 30% глинозема, более устой­чив к резким колебаниям температур. Отрицатель­ным свойством его явля­ется особенность давать дополнительную усадку при температурах 1200° С и выше, что нарушает герметичность кладки.

Огнеупорность полу­кислого кирпича несколь­ко ниже, чем шамотного, но температура начала деформации под нагруз­кой выше и достигает 1350—1370° С. В состав полукислого кирпича вхо­дят более 65% кремнезе­ма и глинозем (менее 30 %). Положительное свойство полукислого кирпича - большое по­стоянство объема при вы­соких температурах и большая устойчивость к воздействию солей и га­зов. Этим объясняется то, что из динасового кирпи­ча выкладывают те зоны кладки, которые должны обладать более высокой огнеупорностью, но кото­рые не подвергаются зна­чительным колебаниям температуры. Из шамотного или полукислого кирпича выкладывают те участки, которые испытывают значительные колебания температуры при более низких ее значениях.

Из динасового кирпича выкладывают смотровые шахточки в вертикалы и люки для загрузки шихты и отвода газов в сводовом ряду перекрытия печей, вертикалы и перекрытие вертикалов, стены и секционные перегород­ки регенераторов, под печной камеры. Из шамотного кирпича выкладывают выстилку верха печей, футеровку стояков, крайние подовые кирпичи также изготовляют из шамота. Решетчатую насадку регенераторов изготав­ливают из полукислого огнеупора. Смотровые шахточки в вертикалы и люки для загрузки шихты и отвода газов над сводовым рядом перекрытия печей, футеровку подо­вых каналов, зеркала регенераторов, колосниковую ре­шетку, борова выкладывают как из шамотного, так и из полукислого кирпича. Образцы фасонных кирпичей применяемых для кладки коксовых печей (рис. 2).