3.3.5 Сухое тушение кокса
Крупные недостатки мокрого тушения кокса (см. разд. 3.2, п. 5) явились мощным стимулом к созданию принципиально нового способа сухого охлаждения продукта коксования, обладающего рядом весьма значительных преимуществ. Принципиальная схема установки сухого тушения кокса (УСТК), разработанной Гипрококсом (рис 3.19) и комментарий к ней, позволяют получить представление о процессе и показателях охлаждения раскаленного кокса инертным газом.
Рис. 3.19 Схема установки сухого тушения кокса (УСТК):
1 – тушильный вагон; 2 – направляющие стойки; 3 – загрузочное устройство; 4 – форкамера; 5 – камера тушения; 6 – газокамера; 7 – кольцевой отвод газов; 8 – пылеосадительная камера; 9 – перегородка; 10 – циклон; 11 – бункер циклона; 12 – котел-утилизатор; 13 – дымосос; 14 – разгрузочное устройство; 15 – коксовая рампа; 16 – транспортер.
В съемном кузове 1 термостойкого коксового вагона раскаленный кокс поднимается специальным подъемником 3 и перегружается при открывании створок днища кузова в форкамеру 4 установки тушения. Форкамера является верхней частью камеры тушения 5, в ней поддерживается практически постоянная температура. Емкость форкамеры достаточна для выгрузки кокса из 3-5 печей; за время пребывания кокса в камере (40-60 минут) температура общей его массы выравнивается. Как правило, устраняется недопек шихты и в камеру 5 умеренной интенсивности охлаждения кокс попадает с практически постоянной температурой (1000-10500С). Навстречу опускающейся в камере массе кокса движется циркуляционный газ, который получают путем нагнетания центробежным дымососом 13 атмосферного воздуха в слой охлаждаемого кокса. В ходе окисления углерода кокса кислородом воздуха образуются газы СО и СО2 и, в конечном счете, восходящий циркуляционный газ содержит, %: 70-78% N2; 6-15 CO; 8-14 CO2; 1-1,2 H2; 1-3 CH4 0,3-0,5 O2. В последующем почти полностью освобожденный от атмосферного кислорода и потому инертный газ движется с помощью дымососа по замкнутому контуру: камера охлаждения 5 – каналы 7 отвода нагретого газа – циклон 10 очистки газа от пыли – котел-утилизатор 12 – дымосос 13. Газ покидает слой кокса с температурой 750-8300С, в котле-утилизаторе отдает свое тепло и охлаждается до 180-2000С. С этой температурой газ поступает во всасывающие патрубки дымососа и под давлением 6 КПа (~600 мм вод. ст.) нагнетается через выхлопной патрубок и газопровод в камеру охлаждения кокса. Температура кокса через 120-130 минут охлаждения газом снижается от 1000-1050 до 250-2800С. Установка сухого охлаждения производит до 40 т пара в час с температурой 4500С и давлением до 3-3,9 МПа. Производительность установки по охлажденному коксу может составлять 70-90 т/ч. Для охлаждения кокса двух батарей разной мощности необходимо иметь от 4 до 8 камер охлаждения. Охлажденный кокс выгружают из камеры охлаждения специальным устройством 14 на рампу 15 – плоскость выдержки кокса и затем перегружают на ленточный конвейер 16, транспортирующий валовой продукт на коксосортировку.
Сухое тушение кокса имеет следующие эколого-экономические преимущества:
1) отсутствие выбросов ядовитой паро-газопылевой смеси в атмосферный воздух;
2) отсутствие стоков загрязненных токсичных вод в систему оборотного водоснабжения;
3) использование большого количества тепла охлаждаемого кокса для производства пара высоких параметров;
4) значительное улучшение качества кокса: снижение от 3-5 до 0,3-0,4% влажности, стабилизация ее уровня, повышение прочности, улучшение гранулометрического состава кокса.
Кокс сухого, замедленного охлаждения имеет значительно меньшую трещиноватость, обладает повышенной прочностью при барабанном испытании: выход классов более 25мм (показатель М25) увеличивается от 86 до 92%, а показатель истираемости М10 улучшается от 7,9% до 6,9%.
Недостатки сухого тушения сводятся к двум основным, первый из которых касается накопления в циркулирующем газе горючих составляющих – СО, H2 и CH4. Происходит это в результате: окисления углерода кокса по реакциям C+CO2=2CO – Q (3.6) и C+H2O=CO+H2 – Q (3.7); выделения летучих кокса (H2, CH4); подсосов наружного воздуха, из-за чего возможно горение кокса по реакциям C+0,5O2=CO+Q (3.8) и C+O2=CO2+Q (3.9); попадания в систему охлаждения кокса воды и пара из котла-утилизатора с развитием эндотермической реакции C+H2O=CO+H2-Q. В итоге в циркулирующем газе содержание горючих компонентов может достигать, %: CO 20-25, H2 6-15; CH4 1-3. При наличии такого охлаждающего газа возможны взрывы (хлопки) и отравления обслуживающего персонала.
Образование опасных концентраций газов предупреждают двумя способами. На заводах, где есть кислородная станция – источник получения технического кислорода для металлургических процессов и попутного дешевого азота, последний в количестве 300-500 м3/ч подают в систему циркуляции газа, снижая содержание горючих газов и сбрасывая избыток охлаждающего газа в атмосферу. Если вблизи коксохимического завода нет кислородной станции, тогда в кольцевой газоход (рис 3.17) периодически подают воздух для частичного сжигания горючих компонентов. В результате получают газ, содержащий: 13 СО, 3H2, 0,3 CH4 10CO2+SO2, 0,7 O2, 73 N2. При ритмичной работе УСТК содержание горючих компонентов в газе не должно превышать, %: 12CO; 8H2; 1CH4.
Второй, связанный с первым, негативный фактор сухого тушения – угар кокса, составляющий от 0,5 до 1,6% от его массы, в зависимости от содержания в охлаждающем газе свободного кислорода, степени готовности кокса (наличия недопека), степени дожигания горючих газов в верхней части камеры охлаждения и др. факторов. Значительно уменьшается угар кокса при использовании в качестве циркуляционного газа технического азота, но такой вариант охлаждения зачастую является нереальным. Поскольку в большей части случаев практики циркуляционный газ получают из атмосферного воздуха с корректировкой состава газа добавками азота или сжиганием горючих составляющих, выход охлажденного валового кокса по упомянутым причинам получается меньше, чем при мокром тушении, в среднем на 0,5-0,7%.
В целом сухое тушение обладает несомненными энергосберегающими и экологическими преимуществами. Вредные выбросы стадии охлаждения кокса устраняются на 80-90%. Экономическая эффективность обеспечивается утилизацией тепла кокса, кроме того, за счет, улучшениям качества кокса, удельный его расход при выплавке чугуна, по данным исследований, снижается на 2,3% (11кг/т чугуна). Капитальные затраты на сооружение установок сухого тушения и эксплуатационные издержки при их применении значительно превышают аналогичные затраты на установки мокрого тушения. Однако установки сухого тушения окупаются всего за 3-4 года при нормативе для объектов черной металлургии 7 лет.
В итоге следует подчеркнуть, что несмотря на преимущества УСТК, во многих случаях отечественной практики мокрое тушение продолжают использовать как основной или резервный вариант охлаждения кокса. Так, на Авдеевском коксохимическом заводе на восьми батареях, в зависимости от ритмичности сбыта продукции, изменений периодов коксования и других обстоятельств, применяют мокрое или сухое тушение кокса. В последние годы установки мокрого тушения существенно модернизировали, применив импульсное орошение кокса тонкораспыленной водой, охлаждение кузова тушильного вагона снизу, отвод паро-газопылевой смеси в атмосферу через диффузорно-конфузорную вытяжную трубу, изготовленную, как и вся установка, из железобетона. И все же, основной курс преобразования коксохимического производства - полное выведение из эксплуатации установок мокрого тушения кокса.