В новом столетии Китай из крупнейшего производителя кокса (2008 г. — 327 млн т, 2009 г. — 345 млн т) превращается в страну с современной передовой технологией производства кокса. Этот прогресс характеризуется внедрением технологии массового производства кокса в печах большого объема, разработкой коксовых печей с малым содержанием оксидов азота в отходящих газах, распространением технологии загрузки трамбованной шихты, широким применением сухого тушения кокса и разработкой технологии регулирования влажности угольной шихты. В данной статье представлены основные положения доклада "Технический прогресс в коксохимической промышленности Китая", с кото¬рым ведущая китайская инжиниринговая компания из г. Аньшань "Coking and Refractory Engineering Consulting Corporation"(ACRE) выступила на Пятом международном конгрессе по теории и технологии доменной плавки 20–22 октября 2009 г., г. Шанхай.

Развитие и техническое перевооружение коксохимической промышленности Китая основывается на широком внедрении преимущественно национальных технологий, а также технических решений и конструкций, разработанных с учетом передового мирового опыта.

Коксовые батареи Увеличение ширины и высоты камер коксования, повышение производительности камер, сооружение мощных высокопроизводительных коксовых батарей является основным направлением оптимизации технологии коксования. В прошлом столетии наибольшая высота коксовых печей на заводах Китая составляла 6 м. В 2005 г. компания ACRE разработала своими силами проект коксовой батареи JNX70–2 с камерами коксования высотой 6,98 м, шириной 450 мм и получила на нее авторские права. Это коксовые печи с комбинированным обогревом, с парными вертикалами, с циркуляцией газообразных продуктов горения, с нижним подводом коксового и боковым подводом доменного газа. Введены в эксплуатацию 11 батарей с такими печами и 7 батарей строятся. Печи новой конструкции высотой 7 м построены на заводе "Angang Bayuquan Hanbao Company", входящей в группу "Handan Iron and Steel Group Company", в "Benxi Iron and Steel Company" и "Tianjin Tiantie Company".

В 2006 г. на заводе YanKuang была введена первая батарея с высотой камеры коксования 7,63 м. В настоя¬щее время работают девять таких батарей и в стадии строительства находятся шесть. Общая мощность коксовых печей большого объема превышает 31 млн т — это самый высокий показатель в мире.

Ранее Китай не располагал конструкцией коксовых батарей большой емкости, обеспечивающей низ¬кое содержание NO_x в дымовых газах. Чтобы выполнить требование уменьшения содержания NO_x в дымовых газах коксовых батарей, компания ACRE разработала новую конструкцию батареи с коксовыми печами новых типов JNX3–70–1 и JNX3–70–2 с камерами высотой 6,98 м и шириной камеры соответственно 500 и 530 мм.

В отличие от печей типов JNX70 батарея типа JNX3–70 имеет печи с многоступенчатым сжиганием отопительного газа. При отоплении бедным газом этот газ поступает на два уровня, а воздух — на три уровня. При отоплении коксовым газом воздух поступает на три уровня, и процесс горения протекает при недостатке кислорода, что снижает интенсивность горения, при этом понижается температура горения и уменьшается образование NO_x.

При отоплении коксовым газом концентрация NO_x в дымовых газах не превышает 500 мг/м³, а при отоплении бедным газом — 350 мг/м³, что соответствует высоким мировым показателям.

В настоящее время по документации ACRE осуществляется строительство батарей типа JNX3–70–1 с печами высотой 7 м на коксохимических производствах компаний "Shaosteel", "Baosteel" и "AnSteel". Ввод указанных батарей был намечен на 2009–2010 гг. Технические характеристики новых коксовых батарей ACRE приведены в таблице.

Таблица — Технические характеристики коксовых батарей конструкции ACRE

В 2008 г. увеличение коксовых мощностей в Китае составило 30,35 млн т, из них 71,4 % приходится на батареи с печами высотой > 5,5 м с загрузкой трамбованной шихтой и > 6 м с загрузкой насыпью.

Согласно новым нормативным документам, принятым в 2009 г., вновь строящиеся коксовые батареи должны иметь высоту и объем камер коксования с загрузкой насыпью — не менее 6 м и 38,5 м³, с загрузкой трамбованной шихтой — не менее 5,5 м и 35 м³ соответственно.

Преимущества высокопроизводительных коксовых печей очевидны. Благодаря уменьшению числа ежедневных выдач коксового пирога и загрузок угля в печь происходит меньшее загрязнение окружающей среды.

При равной производительности на батареях с 7–м печами по сравнению с 6–м общая протяженность уплотняемых стыков меньше на 13,3 %, продолжительность суточного пребывания в открытом состоянии каждой позиции–источника выброса меньше на 28,6 %, в итоге общий выброс загрязняющих веществ уменьшился на 20 %.

При большей емкости коксовых печей меньше потери тепловой энергии от поверхности батареи в расчете на тонну кокса. Площадь поверхности батареи с 6–м печами на 1 т кокса меньше на 5,3 %, чем при высоте печей 4,3 м.

Секционирование регенераторов по горизонтали повышает эффективность теплообмена и уменьшает потребление тепла; внедрение систем автоматического управления обогревом коксовых печей уменьшает расход тепла более чем на 2 %; общий расход тепла можно снизить на 3–4 %, или 6 м³ коксового газа на каждой тонне кокса. Соответственно уменьшается выброс углекислого газа.

Повышается производительность труда, при выдаче кокса при традиционном способе загрузки насыпью из печи с высотой камеры коксования 4,3 м получают 13,4 т, 6 м — 21,2 т, 7 м — 35,8 т и 7,63 м — 43,8 т кокса.

Увеличивается плотность угольной загрузки, что сокращает время коксования, обеспечивает равномерную готовность кокса, улучшает его качество и способствует снижению его расхода при производстве чугуна. Обычно плотность угольной загрузки (на сухую массу) на печах с верхней загрузкой и высотой камер 4,3 м равна 0,75 т/м³, 6 м — 0,76 т/м³, 7,63 м — 0,82 т/м³.

Трамбование угольной шихты для переработки слабоспекающегося угля. Угольную шихту уплотняют в трамбовочной камере с размерами, несколько меньшими, чем размеры камеры коксования, и загружают на поддоне в коксовую печь с машинной стороны. Трамбованный угольный пирог имеет плотность 1,00–1,15 т/м³, т. е. больше 0,75 т/м³, какую имеет угольная загрузка в печи при загрузке шихты насыпью. Зазоры между частицами угля в трамбован¬ной загрузке меньше, а объемная плотность выше, поэтому в шихте можно на 15–20 % увеличить долю слабоспекающегося угля или получить кокс более высокого качества.

В прошлом столетии в Китае были построены 20 коксовых батарей для коксования трамбованной шихты с камерами высотой 3,2 и 3,8 м. Для загрузки трамбованной шихтой в последние 8 лет разработали батареи с высотой печей 4,3 и 5,5 м, а также самую высокую батарею конструкции ACRE с печами высотой 6,25 м. К настоящему времени для коксования трамбованной шихты введены в эксплуатацию 14 батарей с камерами высотой 5,5 м. В марте 2009 г. на коксохимическом заводе "Jianhua Coking Plant", г. Tangshan, провинция Hebei, введена в эксплуатацию коксовая печь высотой 6,25 м для коксования трамбованной шихты. Ее ввод означает новый шаг в технологии коксования трамбованной шихты в печах большого объема.

В настоящее время в Китае работают более 360 батарей с загрузкой трамбованной шихты общей мощностью более 80 млн т/год кокса, что обеспечивает экономию 24 млн т/год коксующихся углей.

Технология сухого тушения кокса. В прошлом столетии Китай не располагал собственной технологией сухого тушения кокса и не производил необходимое оборудование; все приходилось импортировать. В 2004 г. на заводе "Masteel", Китай, была успешно введена в эксплуатацию демонстрационная УСТК китайского производства, что позволило в последующем успешно проектировать, строить и совершенствовать УСТК. Сейчас в стране имеются технические и материаль¬ные ресурсы для проектирования и строительства ка¬мер сухого тушения различной мощности, от 50 до 200 т/ч кокса, налажено собственное производство оборудования этого назначения.

Технология сухого тушения позволяет утилизировать 80 % физического тепла раскаленного кокса; в среднем при таком способе тушения тонны кокса получают 0,45–0,58 т пара давлением 3,9 МПа и температурой 450 °С. Если используется котел–утилизатор со средними величинами давления и температуры, то на каждую тонну кокса можно в среднем получить 95–105 кВт–ч электроэнергии. На установках с высокими рабочими параметрами этот показатель может быть повышен на 8–15 %.

Применяя сухое тушение, можно повысить качество кокса и снизить его удельный расход в доменной печи. При неизменном качестве кокса сухое тушение кокса позволяет увеличить на 15 % долю слабоспекающегося угля в шихте для коксования.

Сухое тушение по сравнению с тушением кокса водой значительно уменьшает загрязнение окружающей среды, снижает расход тепла на коксование и приносит экономию воды. По данным фирмы «Ваоstееl», при сухом способе тушения на каждой тонне кокса в среднем удается экономить 0,44 т воды.

В настоящее время страна располагает технологией сухого тушения высокой производительности. Эксплуатируются или строятся более 133 установок сухого тушения, общая мощность которых превышает 129,6 млн т /год кокса.

Технология регулирования влажности угольной шихты. Технология регулирования влажности угольной шихты предусматривает частичное удаление влаги из угольной шихты до уровня 6 % с использованием тепла коксовых печей или других источников тепла перед ее загрузкой в коксовую печь. С применением технологии регулирования влажности снижение влагосодержания шихты на 1 % позволяет уменьшить расход тепла на коксование на 62,0 МДж/т шихты сухого веса. При снижении влажности шихты с 11 до 6 % расход тепла на коксование сокращается на 310 МДж/т сухого угля.

Внедрение технологии регулирования влажности шихты позволяет повысить плотность угольной загрузки, уменьшить продолжительность коксования и повысить производительность коксовой печей на 7–11 %. Постоянная влажность угольной шихты способствует стабилизации работы коксовых печей и продлению срока их службы.

Новая технология подготовки шихты обеспечивает повышение прочности кокса. Показатель прочности кокса М₄₀, полученного с использованием новой технологии подготовки шихты, по сравнению с коксом, изготовленным по традиционной технологии, повышается на 1–1,5 %, а показатель прочности кокса CSR после взаимодействия с CO₂ — на 1–3 %. При условии сохранения прежнего качества возможна добавка в угольную шихту дополнительно 8–10 % слабоспекающихся углей.

Для подсушки шихты угля используются дымовые газы коксовых печей, что сокращает выбросы в окружающую среду CO₂ на ≈ 35,8 кг на 1 т угля.

В настоящее время на коксохимических производствах китайских фирм "Baosteel", "Tisco" и "Panzhihua Iron and Steel Company" действуют системы регулирования влажности угольной шихты с использованием в качестве теплоносителя пара и барабанных сушилок китайского производства.

Отрасль производства кокса в Китае располагает технологией, которая отвечает современным задачам черной металлургии и имеет достаточный технический потенциал для дальнейшего развития.