АВТОРЕФЕРАТ
По теме: ««РОЗРОБКА КОНСТРУКЦІЇ ЕКОЛОГІЧНО ЧИСТИХ КОКСОВИХ ПЕЧЕЙ»»
Автор:Голубєв Артем Володимирович
Рис.1 - Видача кокса (анімация, 7 кадров, кількість повторень нескінчена)
ВСТУП
Коксове виробництво є важливою ланкою металургійного виробничого циклу, будучи постачальником восстановителя заліза - технологічного палива для доменних печей. У зв'язку з очікуваним ростом споживання чорних металів у найближчі десятиліття найважливішими задачами коксохіміків є розширення сировинної бази коксування і рішення гострих екологічних проблем виробництва.
Одним з напрямків розширення гами вугіль для коксування і зниження їхньої вартості є збільшення щільності вугільного завантаження в коксових камерах шляхом трамбування.
Відомі коксові печі для коксування трамбуванням шихти, що включають горизонтальні камери коксування з обігрівальними простінками і регенераторами, машину для трамбування вугілля, задвигання вугільного пирога в камери коксування і виштовхування отриманого коксу, вагон для отсоса й очищення газів завантаження, що переміщається по верху печей, двересъемную машину, що переміщається по обслуговуючій площадці з коксової сторони, коксовозный вагон, що транспортує гарячий кокс до установки мокрого або сухого гасіння, і рампу для вивантаження і витримки охолодженого коксу [ 1,2 ].
Основною перевагою коксових печей із трамбуванням шихти є можливість одержання якісного доменного коксу із шихт, що містять до 70% слабоспекающихся газових і длінопламенних вугіль, запаси яких в Україні в кілька разів більше, ніж добре спікливих, а витрати на їхній видобуток значно менше. Крім того відсутність завантажувального вагона нагорі печей і зв'язаних з його роботою динамічних навантажень на кладку сприяє збільшенню терміну служби печей.
Разом з тим коксові печі з трамбуванням шихти мають ряд серйозних недоліків, а саме:
-виділення великої кількості газів і пилу на обслуговуючу площадку і завантажувальну машину при задвигании вугільного пирога, що погіршує умови праці обслуговуючого персоналу;
-при недостатній міцності вугільного пирога відбувається його руйнування під час завантаження, що зв'язано з великими витратами часів і праці на видалення вугілля з камери;
-видача коксового пирога в коксовозный вагон і його транспортування до установки гасіння супроводжуються чадом коксу і виділенням великої кількості шкідливих газів і пилу в атмосферу.
Найбільш близьким до розробленого прототипу є безупинно діюча горизонтальна коксова піч, що включає камеру коксування, форкамеру з лійкою (бункером) для завантаження шихти і пристроєм для проштовхування вугілля в камеру коксування, а також камеру для охолодження коксу і бункер для охолодженого коксу. Камера-холодильник має такий же поперечний переріз, як і камера коксування, і є продовженням останньої. Бічні стінки камери-холодильника утворені чавунними плитами з порожнинами для охолодної води [3]. Робота коксових печей представляється автором у такий спосіб. Вугільна шихта подається скребковим конвеєром, прокладеним уздовж батареї, через завантажувальні лійки у форкамери кожної печі. За допомогою пневматичних штовхальників шихта проштовхується з форкамер періодично за графіком у камери коксування. При цьому коксуемая маса (углекоксовый пиріг) просувається на величину ходу поршнів, а відповідна кількість коксу виштовхується з камери-холодильника в бункер, з якого вивантажується за допомогою герметичних затворів на стрічковий конвеєр і транспортується на коксо сортировку.
До достоїнств такої установки для коксування вугіль варто віднести:
-можливість повної ліквідації викидів шкідливих газів і пилу в атмосферу при завантаженні шихти і вивантаженню коксу;
-виключення контакту розпеченого коксу з атмосферним повітрям і його чадом;
- скорочення кількості обслуговуючих машин і персоналу, поліпшення умов праці.
Основним недоліком такої установки є велике зусилля проштовхування вугілля з форкамери в камеру коксування через утворення пластичної маси на поверхні вугільного пирога і збільшення сил зчеплення зі стінками. По розрахунках фахівців нормальна напруга у вугільному пирозі при проштовхуванні може досягати 800 Кпа [4]. При площі поперечного переріза вугільного пирога 3 м2 зусилля проштовхування складе 2400 КН (240 т). Для створення таких зусиль будуть потрібні пневмоцилиндры великого діаметра і громіздкі компресори, обслуговування яких вимагає висококваліфікованого персоналу.
Іншим недоліком описаної установки є утрата фізичного тепла коксу, тому що конструкція чавунних панелей, що утворять стінки камери-холодильника, не дозволяє одержувати пару необхідних параметрів для використання в технологічних процесах або в парових турбінах.
Метою даної роботи є спрощення завантажувального пристрою, зниження зусилля проштовхування вугільного пирога й імовірності його руйнування, виключення викидів газів і пилу в атмосферу при завантаженні вугілля і вивантаженню коксу, утилізація тепла коксу для виробництва пари.
ОСНОВНА ЧАСТИНА
Поставлена мета досягається тим, що у відомих безупинно діючих горизонтальних коксових печей, що включають камери коксування з обігрівальними простінками і регенераторами, завантажувальний пристрій з однієї сторони і камери для охолодження коксу з бункерами для охолодженого коксу з іншого боку, завантажувальний пристрій виконаний у виді шасі, що переміщається уздовж фронту коксових печей, постаченого механізмами для фіксації контейнера з трамбованим вугіллям, задвигания контейнера з вугіллям у камеру коксування і витягу порожнього контейнера з камери.
Установка для трамбування шихти працює в такий спосіб.Вугільна шихта подається системою конвеєрів у бункер-нагромаджувач на завантажувальній машині, ємність якого розрахована на завантаження 3-4 коксових камер. З бункера вугілля розподіляється поруч живильників рівномірно по довжині формувальної камери й ущільнюється механічними трамбуваннями. При досягненні заданої висоти вугільного пирога подача вугілля у формувальну камеру і трамбування припиняються, потім відкриваються лобова і бічна стінки формувальної камери і вугільний пиріг зарухається на піддоні в камеру коксування через відкриті двері з машинної сторони. Після фіксації пирога піддон витягається з камери і на ній установлюється двері, а на трамбовочно-загрузочной машині повторюється цикл операцій по формованию нового вугільного пирога.
Контейнер для трамбування вугілля має поперечний переріз, що відповідає перетинові камери коксування і горловини, що злегка розширюється убік виштовхування пирога (на 10-20 мм), а його корисна довжина дорівнює 1/2 - 1/3 довжини камери коксування. Таке співвідношення визначає інтервал часу між черговими проштовхуваннями, рівний 1/2 -1/3 періоду коксування, достатній для утворення на поверхні раніше завантаженого пирога шаруючи кокса-полукокса товщиною 100-150 мм, завдяки чому знижується зусилля проштовхування;
камери коксування постачені з завантажувальної сторони теплоізоляційними двер (" гарячими " двер) гильотинного типу, що піднімаються в герметичному направляючому коробі, і металевими горловинами, що закриваються " холодними " двер і службовцями для герметизації камер коксування при задвигании контейнерів з вугіллям і в процесі коксування;
камери для охолодження коксу виконані у виді двухбарабанных парових казанів, кип'ятильні труби яких утворять бічні стінки камер-холодильників і футерованы з боку коксового пирога зносостійкими чавунними плитами.
Установка включає камери коксування, постачені теплоизолирующими двер гильотинного типи, що піднімаються в герметичних кожухах, горловинами з герметичними двер і еластичними прокладками, що ущільнюють, камерами для охолодження коксу з бункерами для охолодження коксу.
Для видалення вугілля, що просипається, і коксу горловини камер постачені жолобами з герметичними затворами, під якими проходить конвеєр.
У зводі камер коксування встановлені стояки для відводу летучих продуктів коксування, з'єднані колінами з газосборником.
У зводі камер коксування встановлені стояки для відводу летучих продуктів коксування, з'єднані колінами з газосборником.
Контейнер для формования вугільного пирога має ширину і висоту, що відповідають перетинам горловини і камери коксування корисну довжину, рівну 1/2 - 1/3 довжини камери коксування. Для полегшення виштовхування вугільного пирога з контейнера останній виконаний з розширенням убік виштовхування на 10-20 мм.
Для формования вугільних пирогів у контейнерах коксова батарея обладнана стаціонарною трамбувальною установкою, розташованої наприкінці батареї.
Камери для охолодження коксу виконані у виді двухбарабанных парових казанів, кип'ятильні труби яких утворять бічні стінки камер-холодильників і футерованы з боку коксового пирога зносостійкими чавунними плитами. Камери-холодильники встановлюються в герметичному металевому кожусі через верхній проріз, що закривається знімною кришкою.
З метою спрощення системи обігріву коксових печей регенератори з'єднані подовими каналами з газовоздушными клапанами і кабаном, розташованими тільки з коксової сторони.
Робота коксових печей представляється в такий спосіб. Вугільна шихта трамбується в контейнері на стаціонарній установці, за допомогою завантажувальної машини транспортується до камери, що завантажується, після зняття " холодної " дверей зарухається в горловину, а після підняття " гарячої " дверей - у камеру коксування. При цьому угольно-коксовый пиріг просувається на корисну довжину контейнера і відповідна кількість охолодженого коксу виштовхується з камери-холодильника у бункер.
Потім контейнер витягається з камери коксування у горловину, а вугільний пиріг, утримуваний штовхальником, залишається в камері коксування. Після видалення штовхальника з камери коксування в горловину опускаються гарячі двері, контейнер зі штовхальником переміщається на завантажувальну машину, а холодні двері установлюються на горловину. У такий спосіб протягом усього процесу завантаження забезпечується герметичність камери коксування і виключається виділення газів і пилу в атмосферу.
Завантажувальна машина транспортує порожній контейнер на установку трамбування, приймає новий контейнер із трамбованим вугільним пирогом і транспортує його до чергової камери коксування.
Коксова камера може мати наступні розміри: ширина - 0,64 м, висота корисна -5 м, довжина корисна -10 м. Корисний обсяг камери коксування 32 м3. Період коксування 33 години. Довжина камери охолодження коксу м. Розміри контейнера для трамбування вугілля: ширина - 0,6 м, висота 5 м, корисна довжина 3,33 м.
Обсяг вугільного пирога 0,6*5*3,33= 9,99 м3
При щільності вугільного пирога 1100 кг/м3 його маса складає 10989 кг.
Питома продуктивність камери складає (10,989*3*365*24) / (33*32)=273,5т/м3*рік
Для сучасних коксових печей із шириною камер 590-560 мм цей показник складає 203-224 т/м3*рік [5] .
Період між завантаженнями вугільних пирогів дорівнює 33*3,33/10= 11 годин.
Розрахунки показують, що за цей час на поверхні вугільного пирога утвориться шар кокса-полукокса близько 120 мм, а зазор між поверхнями пирога і стінок камери складає приблизно 10 мм. Завдяки цьому зусилля проштовхування коксоугольного пирога не перевищує його значень при завантаженні вугільного пирога або видачі коксового пирога в печах для коксування трамбованої шихти.
Час перебування коксового пирога в камері охолодження складає 11*6,0/3,33=19,8 години.
За даними розрахунків за цей час температура коксу знижується до220°С на поверхні і до 450 °С на його осі.
При тривалості циклу завантаження вугільного пирога 10 хв одна завантажувальна машина здатна обслуговувати (33*60) / (10*3)=66 коксових печей.
ВИСНОВКИ.
Запропонована система коксових печей має наступні переваги:
-простота і надійність пристрою для завантаження трамбованої шихти;
-зниження зусиль проштовхування угольно-коксового пирога в камеру коксування завдяки тому, що за час між проштовхуваннями, рівному 1/2-1/3 періоду коксування, на поверхні вугільного пирога образуетсядостаточно товстий шар кокса-полукокса (~120 мм), сили тертя якого зі стінками камери значно менше, ніж пластичного шару;
- відсутність викидів газів і пилу в атмосферу, завдяки повній герметизації камери коксування в процесі коксування, завантаження вугільного пирога і видачі коксу;
-утилізація тепла коксу для виробництва пари;
- скорочення кількості машин, устаткування і персоналу, щообслуговують коксові печі, тому що відпадає необхідність у двересъемной машині з коксової сторони, коксовозном вагоні, тушильной вежі і коксовій рампі.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
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