3.3.1.3. Глубокая сушка, предварительный нагрев и механическое уплотнение угольной шихты
В процессах подготовки шихты (усреднения, обогащения, измельчения, дозирования, смешивания) получают влажную измельченную смесь, в основном соответствующую требованиям технологии производства кокса. Степень измельчения и влажность оказывают большое влияние на её насыпную плотность (рис 3.11)
Рис 3.11 Зависимость насыпной плотности углей от степени их измельчения и влажности: пунктирная линия – газовый уголь, сплошная – тощий, линии 1 и 1’ – крупность 0-12мм, 2 и 2’ – 0-3мм, 3 и 3’ – 0-1.5мм
Видно, что при влажности 5-8% минимальная насыпная плотность углей крупностью 0-12 и 0-1,5мм составляют 800 и 625 кг/м3, отличаясь на 28%. Широкий диапазон крупности (0-12мм) обуславливает более плотную укладку мелких частиц угля в пустотах между крупными. Насыпная плотность практически сухой шихты с влажностью 1-2% на 50-100 кг/м3 больше плотности шихты промышленного уровня влажности (7-10%). Величина насыпной плотности является одним из факторов значительного влияния на производительность коксовой батареи и другие, в том числе экологические показатели. Так, при увеличении плотности угля всего на 10 кг/м3 или на 1,38% (от 725 до 735 кг/м3) четыре коксовые батареи с объемом печей 21,6м3 увеличивают производство кокса на 20 тыс.т в год при выходе валового кокса 78,15% от массы сырой шихты. В этом и других случаях большего уплотнения шихты, улучшения условий спекания при более тесном контакте угольных частиц в уплотненной массе повышается качество продуктов коксования. Уменьшается величина вертикальности усадки шихты, а следовательно исключается увеличение объема подсводового газоотводящего пространства печей, где при большой усадке наблюдается перегрев – пиролиз прямого коксового газа с выделением из него опасного количества графита и сажи. Графит при массовых отложениях затрудняет эксплуатацию коксовых печей, а выбросы в атмосферу сажи несут повышенную канцерогенную опасность.
Максимальную насыпную плотность шихты можно получить, по данным УХИНа, при следующем гранулометрическом составе угля, %: классы крупности 6-3мм – 25; 3-1мм – 10; 1-0,5 – 35; менее 0,5мм – 30.
В каждом конкретном случае крупность угля регулируется за счет изменения массовой доли в нем крупных и мелких классов, в основном менее 0,5мм.
Данные (рис 3.11) указывают на целесообразность глубокой сушки шихты. Неизбежное наличие в углях мокрого обогащения большого количества воды (7-12%) приводит к увеличению расхода тепла на коксование, замедлению процесса спекания углей: 1% влаги удлиняет процесс коксования на 0,3-0,4 часа. Поэтому представляется целесообразным частичное или почти полное удаление влаги из угольной шихты. Нагретая до 200-2500С шихта теряет более 90% влаги и насыпная плотность её увеличивается на 15-20%. Кроме того, при подогреве угольной шихты появляются возможности:
расширения сырьевой базы коксования за счет ввода в шихту слабоспекающихся углей;
повышения на 30-40% производительности печей вследствие увеличения загружаемой массы угля и сокращения продолжительности коксования;
снижения на 10-15% (дополнительно к 15-25% для обычного процесса) содержания серы в коксе;
увеличения срока службы огнеупорной футеровки коксовых батарей вследствие уменьшения перепадов температуры футеровки при загрузке горячей шихты;
сокращения объемов водяных паров и загрязненных стоков промышленных вод.
Преимущества коксования сухой и подогретой шихты настолько значительны, что во многих странах интенсивно проводятся соответствующие работы по внедрению новых процессов. Наибольшую сложность представляют транспортировка и загрузка сухой или горячей шихты в коксовые печи. Для этого нужны специальные углезагрузочные вагоны, оснащенные системой улавливания и очистки газопылевых выбросов, или системы трубопроводного транспорта для пневмоподачи и загрузки шихты непосредственно в камеры коксования.
В новых или модернизированных процессах осуществляют механическое уплотнение измельченной угольной шихты с влажностью 9-10% и более. С целью повышения плотности укладки угольных частиц, соответствующего увеличения спекаемости и коксуемости таких марок углей (длиннопламенные, тощие, газовые и другие, слабоспекающиеся), которые при обычном коксовании редко используются. К таким процессам относятся: брикетирование, трамбование угольной шихты, производство формованного кокса, прессование шихты с получением больших и мелких формованных блоков, проходящих коксование в непрерывных процессах (краткий обзор некоторых новых процессов коксования содержится в разделе 3.3.7.