АВТОРЕФЕРАТ
По теме: «РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ КОКСОВЫХ ПЕЧЕЙ»
Автор: Голубев Артем Владимирович
Рис.1 - Выдача кокса (анимация, 7 кадров, количество повторений 10)
Введение
Коксовое производство является важным звеном металлургического производственного цикла, будучи поставщиком восстановителя железа - технологического топлива для доменных печей. В связи с ожидаемым ростом потребления черных металлов в ближайшие десятилетия важнейшими задачами коксохимиков являются расширение сырьевой базы коксования и решение острых экологических проблем производства.
Одним из направлений расширения гаммы углей для коксования и снижения их стоимости является увеличение плотности угольной загрузки в коксовых камерах путем трамбования.
Известны коксовые печи для коксования трамбованием шихты, включающие горизонтальные камеры коксования с обогревательными простенками и регенераторами, машину для трамбования угля, задвигания угольного пирога в камеры коксования и выталкивания полученного кокса, вагон для отсоса и очистки газов загрузки, перемещающийся по верху печей, двересъемную машину, перемещающуюся по обслуживающей площадке с коксовой стороны, коксовозный вагон, транспортирующий горячий кокс к установке мокрого или сухого тушения, и рампу для выгрузки и выдержки охлажденного кокса [ 1,2 ].
Основным преимуществом коксовых печей с трамбованием шихты является возможность получения качественного доменного кокса из шихт, содержащих до 70% слабоспекающихся газовых и длиннопламенных углей, запасы которых в Украине в несколько раз больше, чем хорошо спекающихся, а затраты на их добычу значительно меньше. Кроме того отсутствие загрузочного вагона наверху печей и связанных с его работой динамических нагрузок на кладку способствует увеличению срока службы печей. Вместе с тем коксовые печи с трамбованием шихты имеют ряд серьезных недостатков, а именно:
-выделение большого количества газов и пыли на обслуживающую площадку и загрузочную машину при задвигании угольного пирога, что ухудшает условия труда обслуживающего персонала;
-при недостаточной прочности угольного пирога происходит его разрушение во время загрузки, что связано с большими затратами времен и труда на удаление угля из камеры;
-выдача коксового пирога в коксовозный вагон и его транспортирование к установке тушения сопровождаются угаром кокса и выделением большого количества вредных газов и пыли в атмосферу.
Наиболее близким к разработанному прототипу является непрерывно действующая горизонтальная коксовая печь, включающая камеру коксования, форкамеру с воронкой (бункером) для загрузки шихты и устройством для проталкивания угля в камеру коксования, а также камеру для охлаждения кокса и бункер для охлажденного кокса. Камера-холодильник имеет такое же поперечное сечение, как и камера коксования, и является продолжением последней. Боковые стенки камеры-холодильника образованы чугунными плитами с полостями для охлаждающей воды [3]. Работа коксовых печей представляется автором следующим образом. Угольная шихта подается скребковым конвейером, проложенным вдоль батареи, через загрузочные воронки в форкамеры каждой печи. С помощью пневматических толкателей шихта проталкивается из форкамер периодически по определенному графику в камеры коксования. При этом коксуемая масса (углекоксовый пирог) продвигается на величину хода поршней, а соответствующее количество кокса выталкивается из камеры-холодильника в бункер, из которого выгружается с помощью герметических затворов на ленточный конвейер и транспортируется на коксосортировку.
К достоинствам такой установки для коксования углей следует отнести:
-возможность полной ликвидации выбросов вредных газов и пыли в атмосферу при загрузке шихты и выгрузке кокса;
-исключение контакта раскаленного кокса с атмосферным воздухом и его угара;
- сокращение количества обслуживающих машин и персонала, улучшение условий труда.
Основным недостатком такой установки является большое усилие проталкивания угля из форкамеры в камеру коксования из-за образования пластической массы на поверхности угольного пирога и увеличения сил сцепления со стенками. По расчетам специалистов нормальное напряжение в угольном пироге при проталкивании может достигать 800 КПа [4]. При площади поперечного сечения угольного пирога 3 м2 усилие проталкивания составит 2400 КН (240 т). Для создания таких усилий потребуются пневмоцилиндры большого диаметра и громоздкие компрессоры, обслуживание которых требует высококвалифицированного персонала.
Другим недостатком описанной установки является потеря физического тепла кокса, так как конструкция чугунных панелей, образующих стенки камеры-холодильника, не позволяет получать пар необходимых параметров для использования в технологических процессах или в паровых турбинах.
Целью данной работы является упрощение загрузочного устройства, снижение усилия проталкивания угольного пирога и вероятности его разрушения, исключение выбросов газов и пыли в атмосферу при загрузке угля и выгрузке кокса, утилизация тепла кокса для производства пара.
Основная часть
Поставленная цель достигается тем, что в известных непрерывно действующих горизонтальных коксовых печей, включающих камеры коксования с обогревательными простенками и регенераторами, загрузочное устройство с одной стороны и камеры для охлаждения кокса с бункерами для охлажденного кокса с другой стороны, загрузочное устройство выполнено в виде шасси, перемещающегося вдоль фронта коксовых печей, снабженного механизмами для фиксации контейнера с трамбованным углем, задвигания контейнера с углем в камеру коксования и извлечения пустого контейнера из камеры.
Установка для трамбования шихты работает следующим образом.Угольная шихта подается системой конвейеров в бункер-накопитель на загрузочной машине, емкость которого рассчитана на загрузку 3-4 коксовых камер. Из бункера уголь распределяется рядом питателей равномерно по длине формовочной камеры и уплотняется механическими трамбовками. При достижении заданной высоты угольного пирога подача угля в формовочную камеру и трамбование прекращаются, затем открываются лобовая и боковые стенки формовочной камеры и угольный пирог задвигается на поддоне в камеру коксования через открытую дверь с машинной стороны. После фиксации пирога поддон извлекается из камеры и на ней устанавливается дверь, а на трамбовочно-загрузочной машине повторяется цикл операций по формованию нового угольного пирога.
Контейнер для трамбования угля имеет поперечное сечение, соответствующее сечению камеры коксования и горловины, слегка расширяющееся в сторону выталкивания пирога (на 10-20 мм), а его полезная длина равна 1/2 - 1/3 длины камеры коксования. Такое соотношение определяет интервал времени между очередными проталкиваниями, равный 1/2 -1/3 периода коксования, достаточный для образования на поверхности ранее загруженного пирога слоя кокса-полукокса толщиной 100-150 мм, благодаря чему снижается усилие проталкивания;
камеры коксования снабжены с загрузочной стороны теплоизоляционными дверями (" горячими " дверями) гильотинного типа, поднимающимися в герметичном направляющем коробе, и металлическими горловинами, закрываемыми " холодными " дверями и служащими для герметизации камер коксования при задвигании контейнеров с углем и в процессе коксования;
камеры для охлаждения кокса выполнены в виде двухбарабанных паровых котлов, кипятильные трубы которых образуют боковые стенки камер-холодильников и футерованы со стороны коксового пирога износостойкими чугунными плитами.
Установка включает камеры коксования, снабженные теплоизолирующими дверями гильотинного типа, поднимающимися в герметичных кожухах , горловинами с герметичными дверями и уплотняющими эластичными прокладками, камерами для охлаждения кокса с бункерами для охлаждения кокса.
Для удаления просыпающегося угля и кокса горловины камер снабжены желобами с герметичными затворами, под которыми проходит конвейер.
В своде камер коксования установлены стояки для отвода летучих продуктов коксования, соединенные коленами с газосборником.
Загрузочное устройство выполнено в виде шасси, снабженного толкателем для задвигания контейнеров с трамбованным углем в камеры коксования и механизмами для извлечения пустых контейнеров из камер коксования и фиксации контейнеров на платформе шасси (на рисунке не показаны).
Контейнер для формования угольного пирога имеет ширину и высоту, соответствующие сечениям горловины и камеры коксования полезную длину, равную 1/2 - 1/3 длины камеры коксования. Для облегчения выталкивания угольного пирога из контейнера последний выполнен с расширением в сторону выталкивания на 10-20 мм.
Для формования угольных пирогов в контейнерах коксовая батарея оборудована стационарной трамбовочной установкой, расположенной в конце батареи.
Камеры для охлаждения кокса выполнены в виде двухбарабанных паровых котлов, кипятильные трубы которых образуют боковые стенки камер-холодильников и футерованы со стороны коксового пирога износостойкими чугунными плитами. Камеры-холодильники устанавливаются в герметичном металлическом кожухе 17 через верхний проем, закрываемый съемной крышкой.
С целью упрощения системы обогрева коксовых печей регенераторы соединены подовыми каналами с газовоздушными клапанами и боровом, расположенными только с коксовой стороны.
Работа коксовых печей представляется следующим образом. Угольная шихта трамбуется в контейнере на стационарной установке, с помощью загрузочной машины транспортируется к загружаемой камере, после снятия " холодной " двери задвигается в горловину, а после поднятия " горячей " двери - в камеру коксования. При этом угольно-коксовый пирог продвигается на полезную длину контейнера и соответствующее количество охлажденного кокса выталкивается из камеры-холодильника в бункер.
Затем контейнер извлекается из камеры коксования в горловину, а угольный пирог, удерживаемый толкателем, остается в камере коксования. После удаления толкателя из камеры коксования в горловину опускается горячая дверь, контейнер с толкателем перемещается на загрузочную машину, а холодная дверь устанавливается на горловину. Таким образом в течение всего процесса загрузки обеспечивается герметичность камеры коксования и исключается выделение газов и пыли в атмосферу.
Загрузочная машина транспортирует пустой контейнер на установку трамбования, принимает новый контейнер с трамбованным угольным пирогом и транспортирует его к очередной камере коксования.
Коксовая камера может иметь следующие размеры: ширина - 0,64 м, высота полезная -5 м, длина полезная -10 м. Полезный объем камеры коксования 32 м3. Период коксования 33 часа. Длина камеры охлаждения кокса м. Размеры контейнера для трамбования угля: ширина - 0,6 м, высота 5 м, полезная длина 3,33 м.
Объем угольного пирога 0,6*5*3,33= 9,99 м3
При плотности угольного пирога 1100 кг/м3 его масса составляет 10989 кг.
Удельная производительность камеры составляет (10,989*3*365*24) / (33*32)=273,5т/м3*год
Для современных коксовых печей с шириной камер 590-560 мм этот показатель составляет 203-224 т/м3*год [5] .
Период между загрузками угольных пирогов равен 33*3,33/10= 11 часов.
Расчеты показывают, что за это время на поверхности угольного пирога образуется слой кокса-полукокса около 120 мм, а зазор между поверхностями пирога и стенок камеры составляет примерно 10 мм. Благодаря этому усилие проталкивания коксоугольного пирога не превышает его значений при загрузке угольного пирога или выдаче коксового пирога в печах для коксования трамбованной шихты.
Время пребывания коксового пирога в камере охлаждения составляет 11*6,0/3,33=19,8 часа.
По данным расчетов за это время температура кокса снижается до220°С на поверхности и до 450 °С на его оси.
При продолжительности цикла загрузки угольного пирога 10 мин одна загрузочная машина способна обслуживать (33*60) / (10*3)=66 коксовых печей.
Выводы
Предложенная система коксовых печей имеет следующие преимущества:
-простота и надежность устройства для загрузки трамбованной шихты;
-снижение усилий проталкивания угольно-коксового пирога в камеру коксования благодаря тому, что за время между проталкиваниями, равному 1/2 -1/3 периода коксования, на поверхности угольного пирога образуетсядостаточно толстый слой кокса-полукокса (~120 мм), силы трения которого со стенками камеры значительно меньше, чем пластического слоя;
- отсутствие выбросов газов и пыли в атмосферу, благодаря полной герметизации камеры коксования в процессе коксования, загрузки угольного пирога и выдачи кокса;
- утилизация тепла кокса для производства пара;
- сокращение количества машин, оборудования и персонала, обслуживающих коксовые печи, так как отпадает необходимость вдвересъемной машине с коксовой стороны, коксовозном вагоне, тушильной башне и коксовой рампе.
Список использованной литературы
1. Руководство по коксованию. Под ред. О.Гроскинского. Том 1.- М.Металлургия, 1966. - 406с.
2. Браун Н.В., Глущенко И.М. Перспективные направления развития коксохимического производства. - М: Металлургия, 1989. - 272 с.
3. А.с. 48149 (СССР). Непрерывно действующая горизонтальная коксовальная печь / М.Л. Болтянский // Опубликовано 31 августа 1936 г.
4. Ромасько B.C., Морозова А.В., Щебанова Е.И. Технология непрерывного слоевого коксования... Кокс и химия. 2000. № 9. с.23-25
5. Нойвирт Д., Шустер Д. Современная технология коксования. Углехимический журнал. 2004. № 3-4 .с.31-39
Главная | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальное задание