Коксовая печь — для превращения каменного угля в кокс

Коксовая печь дверовой.Оборудование, используемое для преобразования различных видов твердого топлива в кокс, называется коксовой печью. Кокс представляет собой твердый материал с высокой концентрацией углерода (96-98%) и широко используется в черной металлургии как топливо для доменных печей и вагранок. Его получают путем нагревания сырья до высоких температур (≈1000°С) без доступа кислорода. Чаще всего для коксования используют каменный уголь, однако возможно применение торфа и других видов топлива. Низшая теплота сгорания кокса близка к показателям условного топлива и составляет около 7000 ккал/кг или 29 МДж/кг.

Схема, устройство и конструкция коксовой печи

Основными частями коксовой печи являются камеры коксования, в которые закладывается сырье, и отопительные промежутки, где происходит горение топлива. Уголь от зоны горения отделен стенками из огнеупорного кирпича. Благодаря этому удается избежать окисления сырья. Примерные габариты камеры коксования: длина — 12-16 м, высота — 4-5 м, ширина — 40-45 см.

Коксовая печь имеет целую батарею камер коксования, которых насчитывается несколько десятков штук. Уголь загружается в камеры через отверстия вверху с помощью тележки. Процесс коксования длится около 15 часов. После его завершения готовый кокс выгружается через боковые отверстия с помощью выталкивателя. При этом температура полученного материала достигает 1000°С, а температура дыма в отопительных промежутках — 1300-1400°С. Чтобы не произошло возгорание кокса, его помещают в специальный вагон, где происходит тушение. Оно бывает мокрое и сухое.

Коксовый газВ качестве топлива при производстве кокса используют доменный или коксовый газ. Последний является продуктом коксования. В печи предусмотрены керамические регенераторы, позволяющие утилизировать теплоту продуктов сгорания.
Регенератор — это вид теплообменного устройства, в котором теплоноситель в циклическом процессе контактирует с определенными поверхностями оборудования. При этом горячий теплоноситель нагревает холодные стену и насадку, после чего они отдают тепло холодному теплоносителю. Регенераторная насадка используется для накапливания тепла и передачи его впоследствии газу или воздуху.

Существует иной вид теплообменников — рекуператор. В нем горячий и холодный теплоносители обмениваются теплом через разделяющую их стену.

Коксовая батарея

В печных регенераторах сначала опускаются горячие дымовые газы, затем происходит переключение перекидных клапанов, и снизу вверх идет поток холодного воздуха. Перекидной клапан — это механизм, позволяющий менять направление потоков газообразных веществ. В результате поверхности регенератора поочередно нагреваются от дымовых газов и охлаждаются воздухом, и такой процесс идет непрерывно.

Переключение клапанов происходит с интервалом в 15-30 минут. Очевидно, что при меньшем промежутке времени между перекидками происходит экономия топлива на отопление печи. Вместе с тем, при частом переключении быстрее изнашивается оборудование. Через теплообменник можно пропускать и топливо перед подачей в камеру сгорания. Если это не требуется, то газ через горелку сразу подается в зону горения.

Коксовые печи производят с 2 вариантами отопительных промежутков:

  1. Печи с перекидными каналами (ПК).
  2. Печи с парными вертикалами и рециркуляцией продуктов горения (ПВР).

В отопительных промежутках печей ПК установлены перегородки. Над камерой коксования смежные с нею отсеки соединяются коллектором. Таким образом, формируются перекидные каналы. Данная конструкция несовершенна, потому она используются не очень часто. В качестве недостатков этого варианта печей можно отметить, что в таких устройствах коксовая масса нагревается по вертикали неравномерно; создается значительное гидравлическое сопротивление; отопительная система недостаточно герметична; наблюдается перерасход топлива. Чтобы содержимое камеры коксования нагревалось равномернее, кладку стены в нижней части делают более толстой.

Коксовая печь в разрезе

Каждый из отопительных промежутков в печах ПВР разделен на 2 части (вертикалы), по которым рециркулируют продукты сгорания. Попарно вертикалы соединены внизу рециркуляционными отверстиями. Продукты сгорания рециркулируют благодаря тому, что они имеют разную плотность с горящим топливом. Также этому способствует инжектирующий эффект топливовоздушной смеси.

Конструкция печей ПВР позволяет сжигать до 40% продуктов горения. Потому для них не характерна неравномерность нагревания коксовой массы. По высоте разница в температуре кокса не превышает 50°С. Данный фактор делает печи ПВР более предпочтительными, чем ПК. Продуктами коксования 1 тонны сухого каменного угля являются около 750 кг кокса, более 300 куб. м коксового газа, 35 кг смолы, 10 кг бензольных углеводородов и 3 кг аммиака в виде сульфата аммония.
Коэффициент использования химической энергии топлива при производстве кокса составляет 80% и выше. Удельный расход теплоты составляет около 3,5 МДж/кг.

К способам снижения расхода топлива при коксовании можно отнести:

  • использование технологии сухого тушения кокса. Это позволяет использовать тепловую энергию продукта на нагревание воды или пара. С 1 тонны кокса можно получить около 1 ГДж теплоты в виде пара. Сухое тушение также позволяет получить кокс более высокого качества;
  • получение тепловой энергии от горячих газообразных продуктов коксования. Их температура может достигать 700°С. На данный момент использование таких продуктов в данных целях затруднительно из-за высокого содержания в них смолы. Это делает невозможным применение обычных теплообменников;
  • модернизация используемых регенераторов для более полного получения тепловой энергии от продуктов сгорания. Одним из направлений может быть увеличение площади нагрева у насадки;
  • подбор оптимального временного интервала между переключениями клапанов. Если сделать перекидку более частой, это позволит уменьшить объем регенераторов и тепловые потери в них. С другой стороны, частое переключение приводит к более быстрому износу оборудования;
  • одновременное проведение температурной подготовки шихты (ее нагревания) и сухого тушения кокса. Благодаря такому совмещению этих процессов удается достичь существенного снижения расхода теплоты при производстве кокса (примерно на четверть и более).


Похожие статьи:
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (проголосовало: 1 оценка: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *