Как отмечали ранее [1-4], продолжительность службы коксовых батарей зависит от ряда факторов, в том числе от конструкции печей, качества огнеупоров, выполнения строительно-монтажных работ, а также от состава угольной шихты и соблюдения правил эксплуатации батарей.
В данной работе продолжено рассмотрение вопросов конструкции печей — геометрии печной камеры как важного фактора, определяющего продолжительность службы коксовых батарей при прочих равных условиях. Фактором разрушения коксовых печей является периодический процесс загрузки камер коксования угольной шихтой и особенно — выдача из печей кокса. Если бы этот процесс был каким-либо образом исключен, то батареи сохранялись бы в работе длительное время.
Этот фактор, а также различие в геометрии печей позволяют сделать вывод, что служба коксовых батарей тем дольше, чем шире в определенных пределах печная камера, продолжительнее оборот печей, а также ограничена длина камеры и выдержана "конусность" в пределах 4-5 мм на 1 м длины печной камеры. Увеличение ширины камеры коксования допустимо до тех пор, пока сохраняется возможность поддержания скорости коксования >24-25 мм/ч. Дальнейшее снижение скорости коксования потребует использования лучшей по спекаемости угольной шихты, желательно с пониженным выходом летучих веществ. Обычная угольная шихта, широко применяемая на коксохимических предприятиях России, позволяет увеличить ширину камеры коксования до 480-500 мм при обороте 18-20 ч.
О продолжительности службы печей
Продолжительность службы печей Пс определяется следующим уравнением при сопоставлении с типовой печной камерой объемом 21,6 м3, которую, как проверенную в длительной работе, принимаем в расчете за базовую.
Пс = 30(s/0,41)(τ/15)(K/3,56)(14/L),
где 30 — фактическая продолжительность службы базовой батареи, лет; s — средняя ширина печной камеры, м; τ — оборот печей, ч; К — конусность камеры, мм/м; L — длина печной камеры, м; 0,41; 15; 3,56; 14 — соответственно ширина, продолжительность коксования, длина печей и конусность, После преобразований получим расчетное уравнение продолжительности службы коксовых батарей с печными камерами любых размеров.
Пс=19,2(s τK/L) (1)
В этом уравнении "не участвует" высота печных камер, потому что при увеличении высоты печей увеличивается ширина обогревательного простенка с 0,733 м для печей высотой 4,3 м до 0,99 м для печей высотой 7 м. Этим изменением ширины обогревательного простенка поддерживается прочность больших печей. Расстояние между центрами соседних печных камер (шаг печей) также соответственно изменяется — с 1,143 до 1,400 м.
Расчетная продолжительность службы коксовой батареи с печами объемом 41,6 м3 в настоящее время составляет 23,2 года. При увеличении оборота печей с 15 до 18ч продолжительность службы батарей возрастет до 27,4 года. Значительно больший эффект можно получить при увеличении ширины и конусности печной камеры. Расчетная продолжительность службы печей ПВР объемом 30 м3 составляет 27,8 года из-за очень низкой конусности К = 2,7 мм на 1 м длины камеры. Эта ошибка допущена в проекте.
О ширине обогревательного простенка печной камеры
Ширина простенка играет важную роль в повы¬шении прочности кладки коксовой батареи, однако не следует забывать, что чрезмерно увеличенная ширина простенка ведет к удельному перерасходу огнеупора. На увеличение ширины простенка п влияет прежде всего большая высота h, недостаточная ширина камеры s, малая конусность К и увеличенная длина печи L печной камеры. В сопоставлении с шириной простенка 0, 733 м типовой печной камеры 21,6 м3, которую приняли ранее за базовую, ширина простенка искомой батареи будет определяться по соотношению:
n=0,733h*0,41L*3,56/4,3s*14K.
При решении получаем расчетное уравнение:
n=0,0178hL/sK. (2)
Так, для печей объемом 41,6 м3 ширина обогревательного простенка будет равна n = 0,178*7*16/0,41*3,13=1,55 м. Этот непомерно большой размер простенка определяется малой шириной 0,41 м, большой высотой 7 м, малой конусностью 3,13 мм/м длины печной камеры. Для того чтобы при перекладке батарей с печами объемом 41,6 м3 уло житься в проектное расстояние между осями печей m = 1,4 м, необходимо увеличить ширину печной камеры до 0,48 м и конусность до 4,5 мм/м длины печном камеры. Выглядит это следующим образом: 0,0178*7* 16/0,48*4,5 = 1,4 м. При этом продолжительность службы печей увеличится на 15 и более лет.
Продолжительность службы печей после перекладки батареи с увеличением ширины печной камеры и сохранением прежнего расстояния между осями смежных печей (шага печей)
Расчетное уравнение продолжительности службы батареи определяется сопоставлением с базовой батареей с печами объемом 21,6 м3.
Пс = 30(s/0,41)( τ/15)(K/3,56)(n/n0)2.
После его решения продолжительность службы печей определяется, как
Пс= 1,37sτ K(n/n0)2, (3)
где (n/n0)2 — коэффициент снижения сопротивляемости простенка при выдаче кокса из печи; n0 и n— ширина обогревательного простенка соответственно до и после перекладки батареи, м.
Увеличение ширины печной камеры и ее конусности в процессе перекладки позволяет увеличить срок эксплуатации батареи и уменьшить трудовые затраты на производство кокса.
Срок эксплуатации батареи с печами объемом 21,6 м3 шириной 0,45 м и конусностью 4 мм/м составит: Пс = 1,37*0,45*17*4(0,663/0,733)2= 38,5 года.
Такая перекладка недавно успешно выполнена на четырех батареях Московского коксогазового завода по инициативе директора завода Ю.Д.Тимофеева. Продолжительность службы этих батарей, по нашему расчету, должна быть на 8 лет больше нормы для этого типа и объема печей. Полезный объем новой печной камеры 23,7 м3. Перекладка но этому принципу поношенной батареи с печами объемом 41,6 м3 с увеличением ширины печной камеры с 0,4 I до 0,48 м, конусностью 4-5 мм/м длины печен позволит обеспечить эксплуатацию батареи на более длительный срок: Пc = 1,37*0,48*18*4*(0,92/0,99)2 = 41 год. Это вместо 23,2 года работы ныне действующих батарей такого типа. При этом полезный объем печи переложенной батареи увеличится и составит 48,7 м3.
В табл.1 приведены расчетные и фактические данные по печам Гипрококса. Ширина простенков печей объемом 41,6 и 51 м3 определена по уравнению (2); она оказалась очень большой, в основном по причине малой конусности печей.
Таблица 1
Объем печей, м3 s, м h, м L, м τ, ч К, мм/м Пс, год Ширина простенка, м Расстояние между центрами печей, м 21.6 0.41 4.3 14.0 15 3.56 30 0.733/- 1.143/- 27.3 0.41 5.0 15.0 15 3.30 26 0.910/1.00 1.320/1.410 30.0 0.45 5.0 15.0 17 2.70 26 0.900/1.09 1.350/1.540 30.9 0.41 6.0 14.0 15 3.56 29 0.910/1.02 1.320/1.430 41.6 0.41 7.0 16.0 15 3.10 23 0.990/1.55 1.400/1.960 51.0 0.48 7.0 16.8 19 3.00 31 0.990/1.43 1.470/1.910 Примечание: числитель и знаменатель – соответственно фактические и расчетные данные.
В табл.2 приведены данные о действующих коксовых батареях ряда зарубежных стран [5-7]. Как видно, ширина печной камеры и конусность больше, чем на существующих печах отечественных коксовых батарей. Расчетная продолжительность печей находится в пределах 40-50 лет. Фактическая ширина простенка и расстояние между центрами печей в основном совпадают с расчетными данными и не превышают допустимых пределов, обеспечивая длительную работу коксовых батарей.
Таблица 2
Страна, фирма s, м h, м L, м τ, ч К, мм/м Пс, год Ширина простенка, м Расстояние между центрами печей, м Германия «Круп – Копперс» 0.550 7.85 18.00 22 5.0 64.0 0.950/0.900 1.500/1.450 «Кайзерштуль» 0.610 7.63 18.80 24 4.0 60.0 1.040/1.100 1.650/1.710 США «Экурт» 0.460 6.20 15.60 18 4.5 45.0 0.840/0.860 1.300/1.320 «Клертон» (перекладка) 0.457 6.00 16.76 18 4.5 42.0 0.993/0.880 1.450/1.337 «Чикаго – Дидье» 0.413 6.10 14.70 16 4.8 40.5 -/0.800 -/1.213 Франция «Дюнкер – Дидье» 0.473 6.53 16.43 18 4.3 42.0 0.927/0.950 1.400/1.423 Проект 0.600 8.40 20.00 24 4.0 56.0 1.200/1.240 1.800/1.840 Италия «Таранто Штиль» 0.420 6.50 16.00 16 4.0 32.0 -/1.100 -/1.520 Япония «Мурофан» 0.430 6.50 15.80 16 4.8 40.0 0.820/0.880 1.350/1.310 «Фукуяма» 0.430 6.50 15.40 16 4.5 38.0 0.870/0.920 1.300/1.350 Тайвань «Штиль» 0.430 6.20 15.40 16 4.9 42.0 0.870/0.800 1.300/1.230 Южная Корея «Кван – Янг» 0.440 6.78 16.60 18 4.6 42.0 0.91/1.000 1.350/1.440 Франция «Фосс – сюр – мер – Отто» 0.438 7.59 16.67 18 4.6 40.5 0.962/1.120 1.400/1.570 Примечание: числитель и знаменатель – соответственно фактические и расчетные данные.
Совпадение расчетных показателей с фактическими (зарубежными) данными подтверждает обоснованность и правомерность приводимых уравнений для определения продолжительности службы коксовых печей и ширины обогревательного простенка. Однако личное знакомство автора с работой коксовых батарей ряда зарубежных стран подтверждает наличие на некоторых предприятиях нарушений норм эксплуатации, что, естественно, снижает продолжительность службы печей по сравнению с приведенным расчетом.
Выводы
1. Сооружение новых коксовых батарей рекомендуем осуществлять в составе печных камер размерами: высота <7 м, ширина 0,48 м, длина 16 м, конусность 4-5 мм на 1 м длины печной камеры. Продолжительность службы таких батареи при строгом выполнении правил технической эксплуатации составит порядка 40 лет.
2. Первостепенной задачей развития коксового производства в настоящее время представляется перекладка изношенных батарей в существующих габаритах с увеличением в ряде случаев ширины печей и сохранением расстояния между соседними печами (шаг печей) на прежнем уровне. Конусность печей при перекладке можно рекомендовать установить в пределах 4-5 мм/м длины печей, ширину для печей объемом 21,6 м3 0,45 м, а для печей объемом 41,6 м3 увеличить до 0,48 м. При этом после перекладки продолжительность службы батарей составит не менее 38 лет. Большее увеличение ширины камеры без производственной проверки допускать не рекомендуется. Необходимо сохранить прочность простенка на вертикальную нагрузку массива кладки печи.
3. Соблюдение указанных значений ширины печей и конусности при проектировании коксовых батарей и перекладке представляется основным условием для обеспечения длительной работы предприятия, улучшения качества кокса и повышения производительности труда.
Список литературы
- Кривошеин В.Т. Причины разрушения огнеупорной кладки в верхней зоне камер коксования//Кокс и химия. 1998. № 9. С.19-21.
- Филиппов Е.С. Геометрия печной камеры и технико-экономические показатели работы коксовых батарей//Кокс и химия 1986. № 10. С. 16-19.
- Филиппов Б.С. О закономерностях определения геометрических размеров печной камеры//Кокс и химия 1987 № 8. С.23, 24.
- Филиппов Б.С. Роль ширины печной камеры и продолжительности коксования в обеспечении равномерности прогрева коксового пирога//Кокс и химия. 1988. № 6. С.27, 28.
- Ухмылова Г.С. Анализ технического уровня современных коксовых батарей Германии//Новости черной металлургии за рубежом. — М.: Черметинформация. 1995. № 3. С. 145-152.
- Ухмылова Г.С. Современное состояние и перспективы развития коксохимического производства СШАУ/Бюл. ин-та "Черметинформация". 1982. Вып. 16.С.З-27.
- Ухмылова Г.С. Производство кокса в Японии//Там же. 1994. Вып. 5-6. С.3-18.