Один из источников загрязнения окружающей среды на коксохимических производствах - выбросы через уплотняющие системы дверей коксовых печей. Поэтому важнейшим требованием к конструкции дверей коксовых печей является их газоплотность. Опыт эксплуатации показывает, что чем больше объем камер коксования, тем острее проблемы обеспечения газоплотности дверей в течение длительного срока эксплуатации, тем больше затраты на их обслуживание и ремонт.
Известно, что все хорошо отрегулированные дверные системы способны устранить видимую часть выбросов. Однако в условиях возросших требований к охране окружающей среды все более важным представляется повышение газоплотности дверей для устранения невидимых выбросов. И это может стать дополнительным фактором при выборе конструкции дверной системы.
Анализ статистических данных по эксплуатации различных конструкций дверей позволил сформулировать следующие требования к конструкции двери:
она должна обладать значительной упругостью, что позволит решить проблему согласованности и компенсации деформации рамы и двери одновременно;
должно обеспечиваться уменьшение давления газа у двери (особенно в первые моменты после загрузки);
необходимо снижение термомеханических напряжений в корпусе двери;
конструкция должна обеспечивать высокие ремонтно-эксплуатационные свойства.
С целью снижения деформаций и короблений корпуса двери выполняют в виде двух различных систем: запирающей и уплотняющей, соединяемых друг с другом шарнирно или с возможностью скольжения. Благодаря таким решениям исключается передача термических деформаций уплотняющей системы на запирающую систему двери. Одновременно появляется возможность снижения массы дверей, особенно для печей большого объема.
Другое направление - создание дверей с гибким корпусом. При этом дверь выполняют достаточно "податливой" благодаря уменьшению моментов инерции корпуса или же корпус разделяют на отдельные секции, шарнирно соединенные друг с другом. Такие решения позволяют приспосабливать профиль уплотняющей системы и корпуса двери к профилю рамы в процессе эксплуатации.
Снижение давления газов в зоне уплотнения двери коксовой печи обеспечивают созданием газоотводящих каналов как в самой футеровке, так и между элементами двери и печи.
Помимо требований к конструкции дверей обращают внимание на качество их изготовления и условия эксплуатации, которые зачастую оказывают большое влияние на работоспособность. Так, двери одинаковой конструкции на разных предприятиях работают по-разному именно по этим причинам.
В последние годы разработан ряд новых конструкций дверей и уплотняющих элементов, при этом в результате повышения гибкости дверей и (или) уплотняющих элементов удалось достичь значительного снижения выбросов твердых частиц и газообразных веществ через неплотности дверей. В данном разделе рассмотрены результаты совместных исследований фирм "Рурколе" и "Дойче монтан технологи" (Германия) по оценке газоплотности дверей 6 различных современных конструкций и количественному определению величины выбросов в атмосферу различных компонентов через двери коксовых печей.
Исследования проведены на коксохимическом заводе Проспер фирмы "Рурколе". Испытаны двери систем Рурколе, Сатурн, Хельтер, Круп Копперс (Флексит), Штиль Отто и Картон. Из более ранних исследований фирмы "Рурколе" известно, что замена жесткой системы уплотнения двери гибким уплотнением привела к значительному снижению выбросов; газоплотность дверей улучшилась также в результате замены традиционной огнеупорной футеровки тепловым экраном.
Поэтому при сравнительной оценке дверей различных конструкций все испытываемые двери были оборудованы керамическими тепловыми экранами. Это дает возможность газообразным продуктам коксования проходить между корпусом двери и коксовым пирогом, что снижает газовое давление в камере коксования и является предпосылкой снижения выбросов через неплотности дверей.
Двери коксовых печей представляют собой источник рассеянных выбросов. Для определения количества и компонентного состава выбросов опытное оборудование включало экран из теплостойкой фольги, крепящийся на анкерных колоннах печей и закрывающий всю поверхность двери. Экран быстро устанавливают на дверь сразу после загрузки печи, чтобы обеспечить улавливание всех не видимых невооруженные глазом выбросов. В нижней части экрана имеется отверстие для всаса воздуха, а в верхней части на имеющемся над дверью перекрытии приварена труба, через которую выходит весь воздушный поток, поднимающийся из зоны двери. Это позволяет определить объем потоков и отобрать пробы при различных условиях в течение всего процесса коксовании. Исследования проводили на дверях, которые не обнаруживали каких-либо видимых выбросов. С целью снижения расходов на исследования определяли только выбросы общих углеводородов (с использованием детектора ионизации пламени). На основе результатов предыдущих серий испытаний для загрязнителей были установлены зависимости, с помощью которых определили коэффициенты выбросов (в граммах загрязнителя на 1т кокса). На основе измеренной величины выбросов общих углеводородов и известных коэффициентов выбросов рассчитали выбросы всех других компонентов для дверей различных систем.
Например, соотношение коэффициентов выбросов бензпирена и общих углеводородов составляет 1:3000, а бензола и общих углеводородов 1:25. Это означает, что если для дверей данной системы измеренное количество общих углеводородов составило 5 г/т кокса, то выбросы бензпирена составят до 1,7 мг/т кокса, а бензола - до 200 мг/т кокса. Эти расчеты основаны на предположении, что пробы отобраны на дверях без видимых выбросов.
Результаты исследования показали, что наиболее эффективными являются гибкие и регулируемые двери, разработанные фирмой "Хайнрих Хёльтер ГмбХ" (Германия).