ТОХФ / 1 группа (ХТУМ) / Синицын - лекции - 2002 / Лекция 16

Лекция 16.

Охлаждение и сортировка кокса

В настоящее время выданный из печей кокс охлаждается либо водой (мокрое тушение), либо циркулирующими газа­ми (сухое тушение). При мокром тушении, пока еще наиболее распространенном, теп­ло раскаленного кокса не ис­пользуется, при сухом—ис­пользуется для получения пара высоких параметров.

Технология мокрого туше­ния кокса следующая. Штан­га выдачи коксовыталкивате-ля выталкивает кокс из каме­ры в тушильный вагон. При этом кокс должен быть рав­номерно распределен по дли­не вагона, что способствует равномерной влажности кок­са. Тушильный вагон при при­еме кокса передвигается со скоростью, соответствующей скорости продвижения штан­ги выдачи в печи. Затем кокс с возможно большей скоростью транспортируют к тушильной башне с тем.чтобы предотвра­тить его горение в пути. Схе­ма установки мокрого туше­ния кокса представлена на рис. 1.

В тушильной башне имеется оросительное устройство, куда вода подается либо самотеком из напорного бака, либо непосредственно насосом. При первом методе капи­тальные затраты выше, сложнее коммуникации, выше рас­ход электроэнергии, труднее осуществить автоматизацию тушения, периодически требуется очищать напорный бак. В связи с этим сейчас на большинстве заводов осветленная вода из сборника подается в оросительную систему тушиль­ной башни насосом, который автоматически включается при подходе вагона с коксом к тушильной башне и выклю­чается по. истечении заданного времени тушения.

Для тушения кокса применяют сточные воды химических цехов (фенольные), содержащие фенолы, аммиак, серово­дород, цианистые и роданистые соединения. Предварительно фенольные воды должны быть полностью очищены от смолы и масел, а содержание фенолов в них не должно превышать 150 мг/л. Сточные воды смешивают с технической водой, содержание которой в смеси составляет 20—40 %. Продол­жительность тушения увеличивается с повышением содер­жания в воде масел, смол, нафталина, антрацена, покрывающих кокс пленкой и препятствующих проникновению воды внутрь кусков. Расход воды на тушение кокса состав­ляет 3—4 м³ на тонну сухого валового кокса, причем безвоз­вратный расход на испарение, капельный унос и увлажнение кокса составляет примерно 0,35—0,5 м³, т. е. 10—12 % от общего количества воды, поданной на тушение. Остальная вода стекает в специальные железобетонные отстойники. После выделения из нее коксового шлама вода поступает в сборник и опять используется для тушения. Орошение кокса водой производится в течение 1,5—2,5 мин, после чего вагон отстаивается в башне (примерно 1 мин) для сте-кания воды. С целью уменьшения уноса капель и пыли в тушильной башне устанавливаются каплеотбойники. Желательно, чтобы при проведении мокрого тушения кок­са его влажность была небольшой и стабильной, а скорость охлаждения не превышала таких значений, при которых усиливается образование трещин.

Для того чтобы снизить влажность кокса и повысить ее стабильность, необходимо уменьшить время контакта воды и кокса, что возможно при увеличении подачи воды на оро­шение. Однако при этом повышается скорость охлаждения и увеличивается глубина возникающих трещин.

В результате теоретического анализа процесса охлажде­ния кокса водой Д. А. Мучник предложил применить метод импульсного тушения, основанного на следующем пред­ставлении о механизме охлаждения кокса водой. При со­прикосновении капелек воды с нагретой поверхностью кок­са образуется сплошная пленка пара, отделяющая жидкость от поверхности нагрева и создающая дополнительное тепловое сопротивление. Подаваемая на орошение вода препятствует удалению паровой пленки; Для ее устранения временно прекращают подачу воды. Поступающая после паузы вода будет взаимодействовать непосредственно с по­верхностью кусков кокса, вследствие чего эффективность процесса охлаждения возрастет.

Схема импульсного тушения кокса представлена на рис. 2. При закрытом клапане вода поступает обычным путем на орошение, при открытом — подача воды в ороси­тельное устройство прерывается и она отводится в отстой­ник. Включение и выключение клапана производится авто­матически по заданной программе.

Автором метода рекомендован следующий примерный режим тушения, с:

Подача воды 20 16 16 16 10

Перерыв 15 15 17 25 30

Применение импульсного тушения кокса на ряде заво­дов показало, что оно способствует более ровному измене­нию температуры кокса, повышению его прочности; умень­шению колебаний влажности, расхода воды на тушение, выноса коксового шлама из вагона и некоторому сниже­нию сернистости.

Мощность двигателя для насоса, подающего воду на тушение, может быть определена по формуле

где р — мощность двигателя, кВт; Q — количество воды, подаваемой на тушение кокса, выданного из одной печи, кг; Н — напор, м; _Т — длительность тушения, с; ₁ — к. п. д. двигателя; ₂— к. п. д. насоса.

Из тушильного вагона кокс выгружается на коксовую рампу, где он охлаждается за счет испарения влаги в те­чение 15—20 мин. Коксовая рампа так же, как и тушиль­ная башня, сооружается одна на две батареи. Поэтому ту­шильный вагон принимает для тушения кокс попеременно с каждой батареи. При наличии на каждой батарее ком­плекта других машин (коксовыталкиватель, углезагрузочный вагон, двересъемная машина) время для обслужива­ниения каждой печи у тушильного вагона уменьшается в два раза. К тому же тушильный вагон много времени затрачи­вает на холостые пробеги.

Коксовая рампа представляет собой наклонную пло­щадку, выстланную чугунными или базальтовыми плитами. Угол наклона составляет 27°30' и выбирается с таким рас­четом, чтобы кокс под действием силы тяжести сходил с рампы на конвейер, направляющий его на коксосортировку.

Кокс с рампы спускается при помощи специальных за­творов, приподнимающихся на определенном участке на высоту до 0,5 м. Последовательное открывание и закры­вание затворов рампы в настоящее время на большинстве заводов автоматизировано. Длину рампы можно опреде­лить по формуле

где L — полезная длина рампы, м; Б — число обслужи­ваемых рампой батарей; n_б — число печей в батарее; t_p — время лежания кокса на рампе, ч; l — полезная дли­на тушильного вагона, м; (l + 5) — длина участка рампы занятого коксом одной печи, м; — рабочая часть оборота печей, ч; k_p — коэффициент, учитывающий полезное время работы рампы, равный примерно 0,8. Ширина рампы может быть определена по формуле

где а—ширина рампы, м; V =Р_кk_вл/ —объем кокса, выданного из одной печи, м³; Р_к—масса сухого кокса из одной печи, кг; k_вл — коэффициент, учитывающий со­держание влаги в коксе после тушения, обычно не превы­шающий 1,05;  — насыпная плотность кокса, кг/м³; b — толщина слоя кокса на рампе, м (0,25—0,35 м).

К недостаткам широко применяемого в настоящее вре­мя метода мокрого тушения кокса относится следующее:

1. Большие потери тепла с горячим коксом. Эти потери составляют примерно 40—45 % от общих затрат тепла на проведение процесса коксования или 4—4,5 % от теп­лоты сгорания скоксованного угля. На современном заводе производительностью 1,5—2 млн. т кокса в год эти потери составляют 60—90 тыс. т условного топлива.

2. Значительные затраты электроэнергии на орошение кокса водой.

3. Выделяющиеся при тушении кокса пары воды, со­держащие в себе различные агрессивные компоненты, вы­зывают усиленную коррозию металлических конструкций вблизи тушильной башни и загрязняют атмосферу.

4. Стекающая с кокса вода вызывает коррозию тушиль­ного вагона и он выходит из строя после нескольких меся­цев эксплуатации. Поэтому тушильные вагоны строят из нержавеющей стали.

5. В результате быстрого испарения влаги при ороше­нии кокса водой происходит дополнительное образование трещин в коксе, что сказывается на его гранулометрическом составе.

6. Мелкие фракции кокса содержат значительное коли­чество влаги (до 12—15 %), что затрудняет их грохочение и возможность эффективного использования.

В связи с этим большой практический интерес представ­ляют методы охлаждения кокса, при которых устраняется главный недостаток мокрого тушения — потери тепла с коксом. Предлагались различные пути использования тепла кокса. В качестве примера можно привести метод тушения кокса генераторным газом с последующим исполь­зованием нагретого газа для обогрева печей или метод ту­шения кокса тонко распыленной водой с использованием тепла пара или воды. Однако на практике применяется лишь метод охлаждения кокса циркулирующими, относительно инертными газами с использованием их тепла для получе­ния пара в котлах-утилизаторах. В ряде европейских го­сударств, в частности в Швейцарии, такой метод охлажде­ния кокса — сухое тушение — получил распространение на газовых заводах небольшой производительности.

В России на промышленных батареях боль­шой производительности в настоящее время уже рабо­тают крупные установки сухого тушения кокса (УСТК). Циркуляционный газ на них получают из заполняющего систему УСТК воздуха, кислород которого с раскаленным коксом образует СО₂ и СО. Полученный циркуляционный газ содержит, %: N₂ 70—78; СО₂ 8—14; СО 6—15; H₂ 1—1,2; СН₄ 1—3; О₂ 0,3—0,5.

В мировой практике нашли применение различные типы УСТК. В многокамерных УСТК на каждые три-че­тыре камеры коксования имеется одна камера тушения, в которую кокс попадает непосредственно при выталки­вании его из печи. Камеры тушения расположены вдоль фронта печей с коксовой стороны батареи. Горячие инерт­ные циркуляционные газы собираются из камер тушения в коллектор газа и направляются в парокотельную для использования их тепла. Таким образом, в многокамерной УСТК транспортируют не горячий кокс, а горячий газ. К недостаткам, ограничившим строительство многокамер­ных УСТК, относятся большие капитальные затраты, гро­моздкость установок и значительное охлаждение газов по пути от УСТК к парокотельной, что резко снижает произ­водительность последней.

В контейнерных УСТК кокс из печи выдается в контей­неры, которые вместе с коксом вводятся в камеры тушения. Загрузка и выгрузка контейнера с коксом, а следователь­но, и охлаждение последнего происходят периодически. В связи с тем что температура циркулирующих газов во время тушения изменяется, возникла необходимость объе­динять вместе несколько камер тушения. Контейнерные УСТК, как правило, имеют небольшую производительность и не нашли широкого применения.

Централизованная УСТК обслуживает две батареи пе­чей, для каждой из которых имеет по одной-две камеры для тушения кокса. Подача в камеру горячего кокса из очередной печи и порционная выдача охлажденного кокса производятся периодически. Циркуляционный газ посту­пает из камеры в рядом расположенный котел-утилизатор и после охлаждения в нем вновь подается в камеру с кок­сом. Таким образом в централизованной УСТК транспор­тируется горячий кокс.

Централизованные УСТК по сравнению с другими ти­пами установок имеют следующие преимущества:

1. Более высокую производительность по пару, что объясняется повышенной температурой циркулирующих га­зов перед котлом, составляющей 750—830° С. На современ­ных УСТК выработка пара достигает 450—490 кг/т кокса.

2. Практически непрерывный процесс охлаждения кокса, что обеспечивает равномерную производительность котлов.

3. Более низкую себестоимость получаемого пара (она на 50—60 % ниже себестоимости пара, вырабатываемого в котельных ТЭЦ заводов).

4. Повышенное качество кокса, что объясняется пред­варительным выдерживанием его в форкамере, медленным, по сравнению с мокрым тушением, охлаждением циркуля­ционными газами и длительным перемещением в камере. В результате стабилизируется готовность кокса и его гра-нулометрический состав, а также улучшаются физико-ме­ханические свойства. Испытания показали, что при исполь­зовании кокса сухого тушения увеличивается производи­тельность доменной печи и снижается его расход на прове­дение доменной плавки.

В связи с большими преимуществами централизованных УСТК по сравнению с другими системами они широко при­меняются в СССР.

На рис. 3 представлена схема камерной УСТК. Кокс из коксоприемного вагона поступает в форкамеру. Основ­ное назначение последней — служить накопителем кокса, в частности на период ремонтной цикличной остановки. Это способствует получению парастабильных параметров. Кроме того, в форкамере выравнивается степень готовности разных кусков кокса, что улучшает его физико-механиче­ские свойства. При наличии форкамеры уменьшаются вы­бросы пыли и газа в атмосферу. В форкамере кокс нахо­дится 45—60 мин, а затем попадает в камеру тушения, где навстречу коксу движется циркуляционный газ. Продол­жительность охлаждения кокса в камере составляет 2— 2,2 ч. Охлажденный кокс выгружается при помощи разгрузочного устройства на рампу. Нагретый газ освобождается в пылеосадительном бункере от крупной пыли и затем про­ходит через котел-утилизатор, отдавая свое тепло пару и воде. Охлажденный газ, очищенный от пыли в циклоне, поступает в дымосос, который нагнетает его в камеру тушения. УСТК имеет такие основные показатели работы:

Производительность камеры по коксу, т/ч 50—54

Температура горячего кокса, °С 1000—1050

Температура охлажденного кокса, °С 200—250

Температура циркуляционных газовна входе в каме­ру, °С 180-200

Температура циркуляционных газов на входе в ко­тел, °С 750-800

Давление пара, МПа 3,9

Температура перегретого пара, °С 450

Расход дутья, м³/т кокса 1480—1540

Выработка пара, кг/т кокса 440—460

Количество камер тушения для двух батарей печей, шт. 4—8

При освоении УСТК наибольшие трудности были свя­заны с накоплением в циркулирующем газе горючих компо­нентов, прежде всего СО, а также Н₂ и СН₄. Такое на­копление крайне нежелательно, потому что при наруше­нии герметичности это может привести к хлопкам и отрав­лениям. Источниками образования горючих компонентов являются:

1. Восстановительные реакции CO₂ и H₂O с коксом:

В результате этих реакций в циркуляционном газе между компонентами устанавливается равновесие, которое при повышении температуры сдвигается в сторону образования горючих газов. Этим, в частности, объясняется повышение содержания СО и На в циркуляционном газе при увеличе­нии производительности по коксу.

2. Газ, вносимый вместе с коксом в коксоприемный ва­гон, а затем в камеру тушения.

3. Летучие вещества, частично выделяемые из кокса, в состав которых входят На и СН4.

4. Подсосы наружного воздуха, содержащего водяные пары, и течи воды или пара в котельной установке. Такие подсосы и течи вызывают восстановительные реакции в камере с коксом.

В результате в циркулирующем газе содержалось такое количество горючих компонентов, %: СО 20—25;

На 6—15; СН₄ 1—3. Приведенные концентрации горючих компонентов опасны и поэтому предпринимаются меры для их снижения в циркуляционном газе. На тех коксохимических заводах, где имеются источники получения деше­вого азота, часть циркуляционного газа систематически заменяется вводимым в систему азотом. Количество азота составляет 300—500 м³/ч на каждую камеру тушения. На других заводах в верхний кольцевой канал вводится воздух для дожигания горючих компонентов. В результате получается газ примерно следующего соста­ва, %: СО 13; Н₂ 3; CH₄ 0,3; СО₂ +SO₂ 10; O₂ 0,7; N₂ 73.

Угар кокса, происходящий в результате выделения из него части летучих веществ, участия кокса в реакциях газификации и последующего сброса части циркулирующего газа, составляет около 0,5—0,7 %. Количество необхо­димого для охлаждения кокса циркуляционного газа мо­жет быть определено из теплового баланса камеры, мето­дика составления которого излагается в специальной лите­ратуре.

Охлаждение кокса представляет собой важную техноло­гическую операцию. На вновь сооружаемых батареях применяется главным образом сухое тушение кокса, кото­рое не только позволяет экономить тепловую энергию, но также приводит к улучшению качества кокса и умень­шает загрязнение атмосферы. Сооружение УСТК требует больших капитальных вложений, чем строительство уст­ройств для мокрого тушения кокса, однако оно окупается в три-четыре года.

Сортировка кокса

Выданный из камеры коксования раскаленный кокс после тушения мокрым или сухим способом подается на коксосортировку для разделения его на заданные классы крупности и дальнейшего Пользования в доменном, литейном или других производствах. Цеховое оборудование коксосортировки включает: валковые грохоты, односитные и двухситные вибрационные грохоты, конвейеры, бункера для крупного и мелкого кокса, механизированные про-оотборники и др. Важную роль играет производительность сортировки и способ отгрузки крупных классов кокса. К металлур­гическому заводу крупный кокс может поступать по конвейерам и в железнодорожных вагонах. В первом случае на коксосортировке предусматриваются бункеры только для мелких, а во вто­ром — для мелких и для крупных классов.

Существует несколько схем сортировки кокса, рассмотрим из них две основные:

1) выделение классов >40 мм, 25—40, 10—25 и <10 мм;

2) выделение классов >25, 10—25 и <10 мм. Примерный выход отдельных классов от валового кокса, по­лучаемой на сортировке, в среднем составляет:

Класс, мм ... >40 25—40 10—25 <10

Выход, % ... 85—87 6-8 1,0—1,5 4—6

В последние годы некоторое количество кокса выпускается в виде рассортированного на классы >60 мм и 40—60 мм.

Рассмотрим схему работы коксовой сортировки с бункерами для кокса (рис. 4). Кокс с двух рамп подается конвейерами К-1 и К-2 и наклонными конвейерами К-3, К-4 на десятивалковые грохоты с зазорами между дисками, равными 40 мм. Одна из рамп имеет обратный бункер. Кокс крупностью >40 мм с валко­вых грохотов по конвейерам К-5 и К-6 поступает через желоб непосредственно в железнодорожные вагоны или по конвейеру К-10 и сооруженным отдельно от коксосортировки бункерам крупного кокса.

Выгружают крупный кокс из бункеров в железнодорожные вагоны конвейером К-13, проходящим под выпускными воронками бункеров и имеющим опускающуюся консольную часть. Эта часть опускается в вагон в начальный момент его за­полнения, а затем поднимается по мере заполнения вагона коксом до горизонтального уровня, с которого ведется последующая загрузка.

В результате изменения размеров дисков валковых грохотов и столбчатой структуры кокса сквозь отверстия, образуемые дисками, вместе с мелким коксом в подгризелевый провал про­ходит часть кусков с размерами >40 мм. Чтобы уловить крупный кокс, подгризлевый провал с обоих валковых грохотов подают конвейерами К-7 и К-8 на контрольный грохот ВГО (вибрацион­ный грохот, односитный) с отверстиями сита 40х40 мм. Надре-шетный продукт этого грохота по конвейеру К-8 поступает в об­щий поток кокса >40 мм, а провал передается конвейером К-9 на дальнейшую сортировку. При остановке грохота ВГО весь про­вал валковых грохотов можно подавать на конвейер К-9. С кон­вейера К-9 кокс поступает на двухситный грохот ВГО, где разде­ляется на классы: >25,10 — 25 и <10 мм. Последние два класса поступают каждый в предназначенный для него бункер, откуда могут отгружаться в железнодорожные вагоны, а класс >25 мм передается конвейером К-11 на грохот ВГО для разделения на классы >40 и 25—40 мм. Кокс класса 25—40 мм собирается в два яредназначенных для него бункера, а кокс класса >40 мм посту-ает в один из бункеров крупного кокса. Кокс класса >25 мм ожно без разделения на грохоте подавать в бункер класса 25—40 мм.

Такая схема достаточно гибка и удобна в эксплуатации. В связи со значительным повышением роли равномерности дтового состава кокса создан проект типовой коксосортировки, предусматривающий разделение доменного кокса как мокрого, так и сухого тушения на два класса крупности. Сортировки такого типа построены на некоторых коксохимиче­ских предприятиях.

Типовая схема Гипрококса предусматривает разделение до­енного кокса на узкие классы: 40—60 или 25—60 и >60 мм. ортировка предназначена для приема кокса с двух установок сухого тушения, каждая из которых обслуживает две коксовые батареи. Кокс с установок сухого тушения подается на сорти­ровку симметрично с двух противоположных сторон.

Технологическая схема такой сортировки показана на рис. 5. Кокс с установки сухого тушения двумя конвейерами поступает Параллельно на две клети сдвоенного стационарного валкового грохота. Один конвейер постоянно находится в работе, второй — в резерве, что обеспечивает непрерывную круглосуточную по­качу охлажденного кокса с установки сухого тушения. На сорти-ровке установлены валковые грохоты усиленного типа, имеющие 14 валков и ширину 1850 мм вместо обычных 10 валков при ши­рине грохота 1650 мм. Грохот имеет зазоры между дисками, рав­ные 60 мм. Надрешетный продукт валковых грохотов (класс >60 мм) передается конвейерами на один из конвейеров доменного кокса.

Провал грохота (класс <25 мм) поступает на конвейер и передается в бункера коксовой мелочи, где при помощи вибра­ционного грохота разделяется на класс 25—40 мм, отгружаемый в железнодорожные вагоны, и на класс <25 мм, который преду­смотрено передавать конвейером на аглофабрику или рассевать на классы 10—25 и <10 мм.

При наличии перекидных клапанов оба узких класса доменного кокса могут передаваться на любой из конвейеров, идущих в до­менный цех. Предусмотрена также возможность раздельной по­грузки обоих узких классов кокса в железнодорожные ва­гоны.

Если мелкий кокс (<40 мм) нельзя передавать из-под грохота в бункера мелочи, то поток при помощи перекидного клапана можно переключить на погрузку в железнодорожные вагоны непосредственно через желоб. Тогда один из классов доменного кокса должен подаваться в доменный цех конвейером, так как для погрузки крупного кокса в вагоны есть только два железнодорожных пути. Схемой предусматривается удаление пыли из-под очистных устройств лент конвейеров при помощи вибрационных желобов, а также механизированные пробоотборники для отбора проб крупных классов кокса.

Производительность коксосортировки может быть определена по формуле

где Q — производительность, т/ч; Б — число батарей; n_б — число печей в батарее; G — разовая загрузка сухой шихты в печь, т; k₁ — коэффициент выхода сухого кокса из сухой шихты (0,77—0,78); k₃ — коэффициент форсиро­вания (1,07—1,15); _o—оборот печей, ч; k₂ —коэффици­ент, учитывающий влажность кокса после охлаждения (0,94—0,95); m_сут — число часов работы в сутки.

С возрастанием требований доменного производства к механической прочности кокса целесообразно в некоторых случаях предусматривать в комплексе коксосортировки механическую обработку кокса. Она уменьшает образова­ние в доменной печи мелких классов кокса. Механической обработке можно подвергать или весь металлургический кокс, или только крупные фракции (более 60 мм). В резуль­тате такой обработки стабилизируется гранулометрический состав кокса. Механическая обработка может быть реко­мендована лишь в том случае, когда потери кокса в резуль­тате измельчения при обработке компенсируются за счет повышения производительности доменной печи и уменьше­ния удельного расхода кокса. Следовательно, для решения вопроса о введении такой обработки в комплексе коксо­сортировки в каждом конкретном случае требуется техни­ко-экономическое обоснование.

При решении вопроса о целесообразности введения ме­ханической обработки нужно принимать во внимание и ме­тод охлаждения кокса. При сухом охлаждении кокса такая обработка вряд ли может быть рекомендована, потому что реализация трещин в значительной степени происходит при перемещении кокса в камере УСТК.

Управление работой сортировки централизовано. Полная автоматизация процесса предусматривает наличие пульта управления, с которого производится запуск и остановка всего оборудования, а также фиксация наличия на отдельных участках рампы потушенного кокса.

I Для охраны воздушного и водяного бассейнов в районе коксового цеха от вредных примесей предусматривается:

1) осуществление тушения кокса сухим способом с тем, чтобы фенолсодержащие воды не направлять на мокрое тушение кокса с последующим загрязнением атмосферы;

2) направление фенолсодержащих вод на биохимическую очистку;

3) тщательное окожушивание всех конвейеров — трактов транспортировки кокса на сортировку и в доменный цех;

4) при сухом тушении кокса отдувка его от пыли перед направлением на сортировку;

5) внедрение бездымной загрузки коксовых печей и беспыльной выдачи кокса с использованием накидного зонта, соединя­ющего в один агрегат тушильный вагон и двересъемную машину;

6) при мокром тушении организация замкнутого цикла использования фенолсодержащих вод;

у 7) организованная подача очищенного от пыли врздуха в помещения под батареи;

8) уменьшение высоты падения кокса в перегрузочных узлах и сокращение пути его транспортировки;

9) механизация трудоемких работ.

9