).Источник: Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів/ Збірка доповідей XXI Всеукраїнська наукова конференція аспірантів і студентів. Т. 1 – Донецьк: ДонНТУ, 2011. – с.с. 133 – 134.
Пековый кокс применяется для получения различных видов углеродной продукции, таких как анодная масса и графитированные электроды. Также из пекового кокса получают наполнители для выпуска специальных марок конструкционных графитов. Пек представляет собой обезвоженную каменноугольную смолу, полученную при охлаждении коксового газа. Пековый кокс получают путём коксования пека без доступа воздуха [1].
Производство пекового кокса на коксохимических заводах (КХЗ) выполняется в пекококсовом цехе, в состав которого входит разнообразное оборудование для подготовки пека перед коксованием, для его коксования и последующего тушения. Подогретый заранее пек (300 – 320° С) подаётся по общему коллектору в пекококсовые печи, которые объединены в блоки по 7 печей. Во время коксования пек претерпевает структурные изменения и переходит из жидкого состояния в твёрдое. Затем пекококсовый пирог с помощью обслуживающих машин выталкивается из камеры коксования и отправляется на тушение.
Одним из основных агрегатов пекового цеха является пекококсовая батарея, которую образуют пекококсовые печи. В состав пекококсовой печи входит отопительная система и собственно сама камера коксования, где и происходит образование пекового кокса. И отопительная система, и камера коксования выполняются из огнеупорных изделий. Качество получаемого пека и количество вторичных продуктов коксования (пекококсовый газ) напрямую зависят от состояния пекококсовой печи, а, следовательно, от состояния огнеупорной кладки [2].
Огнеупорная кладка тепловых агрегатов работает в тяжёлых условиях. В пекококсовых печах кладка длительное время пребывает под воздействием высоких температур (1250° С) – до полного выхода летучих (период коксования). За период коксования огнеупорная кладка отопительных простенков подвергается одновременному воздействию двух агрессивных сред: факел горения и продукты его сгорания – в отопительных каналах; пек переходящий в пековый кокс и выделяющийся при этом пекококсовый газ – со стороны камеры коксования. Кроме того на кладку негативно воздействуют:
1) механические нагрузки от обслуживающих машин (от выталкивающей штанги – 80000 – 82500 Н; от двересъёмной машины – 100000 – 210000 Н);
2) термические удары при глубоких теплосменах (загрузка камеры коксования (суммарный тепловой поток от стен к пеку в первые часы коксования – 27692 кДж/м2ч) и её выгрузка);
3) нарушения гидравлического и температурного режимов обогрева (замусоривание отопительной системы, неплотное прилегание дверей к раме).
Описанные выше факторы негативно сказываются на состоянии огнеупорной кладки и приводят к образованию дефектов. Так, к механическим дефектам относятся все виды деформации стен камер, подрезы в стенах камер у подов, стертости и разрушения стен от соприкосновения с деформированными штангами коксовыталкивателей, истирание коксом подов печей, смещения и наклоны простенков в сторону камер, провалы стен в головочной части камер, отбитости кромок головочных кирпичей, разрушения фасадов простенков.
Вследствие короткого факела в вертикалах пековый кокс в нижней части камер поспевает раньше, чем в вышележащих зонах, и это приводит к перегреву участков этого кокса и кладки, и её коррозии.
Значительные перетоки газов из камеры в отопительную систему могут привести к оплавлению отдельных участков кладки.
Кроме того, кладка подвергается резким колебаниям температур при загрузке пеком и выгрузке, разъедающему воздействию парогазовых продуктов коксования [3].
Дефекты, в свою очередь, приводят к ухудшению качества выпускаемой продукции, к потере газа в отопительную систему (невязка материального баланса), к последовательному износу отопительной системы печей (оплавление и замусоривание насадки регенераторов, затем косых ходов и самих вертикалов), к уменьшению производительности печей.
Поэтому актуальной является задача разработки методов снижения разрушений огнеупорной кладки тепловых агрегатов, что возможно при комплексном учёте всех факторов, действующих на огнеупорную кладку.
Комплексная оценка всех факторов действующих на огнеупорную кладку даёт возможность продлевать срок службы тепловых агрегатов и рационально выбирать метод ремонта.
Для этого представим пекококсовую печь в системном виде: разложение на элементы (сборочные единицы и детали), описание свойств и связей этих элементов; выделение в элементах компонентов (поверхности, рёбра), описание их свойств и параметров, а также описание рабочих сред, непосредственно контактирующих с компонентами.
Введём обозначения:
1 – Сборочная единица ().
2 – Деталь (
).
3 – Компонент (
).
Приведём структуру пекококсовой печи (рисунок 1).
Для работы с пекококсовой печью необходимо представить её в виде трёхмерной модели и составить математическую модель протекающих деградационных процессов.
Представление огнеупорной кладки в системном виде позволит определить свойства элементов и компонентов (плотность, геометрические размеры, шероховатость и т.д.), описать среды, контактирующие с элементами, выявить деградационные процессы и разработать методы увеличения жизненного цикла технического объекта.