Устройство коксовых печей и цехов
Процесс коксования осуществляется в коксовых печах. Каждая коксовая печь (рис. 7) снабжена двумя герметичными дверями по торцам. В своде печи имеются три отверстия для загрузки шихты из трех бункеров загрузочного вагона. Под печью располагаются кирпичные регенераторы. Грязный коксовый газ через газосборник и газоотвод направляется в химические цехи. С машинной стороны печь обслуживается перемещающимся по рельсовому пути коксовыталкивателем. С помощью штанги эта машина выталкивает коксовый пирог из печи. Предварительно с коксовой стороны двересъемная машина снимает дверь. Кокс направляется в тушильный вагон. После тушения кокса водой он выгружается на наклонную рампу и конвейером направляется на коксосортировку. Коксовыталкиватель снабжен также перемещающейся по горизонтали штангой-планиром, с помощью которой выравнивается поверхность угольной загрузки перед началом коксования.
Рис. 7. Разрез коксовой батареи:
1 — коксовая печь; 2,3— герметичные двери печи; 4— отверстия для загрузки печи шихтой (во время коксования отверстия герметично закрыты крышками); 5 — загрузочный вагон; 6— газоотводы; 7- отверстия для отвода грязного коксового газа; 8— планир; 9— штанга коксовыталкивателя; 10- регенераторы; 11— двересъемная машина; 12— тушильный вагон
Рис. 8. Общий вид современной коксовой батареи:
1 — приемный бункер для сырого каменного угля; 2 — отделение для дробления и смещения угля; 3 — распределительная башня; 4 — погрузочная тележка- 5 — камера коксования; 6 ~ кокс; 7 — коксовыталкиватель; 8 — тушильный вагон- 9 — тушильная башня; 10 — платформа для выгрузки охлажденного кокса; 11 — отвод коксового газа.
Коксовые печи (объем каждой до 42 м3) располагаются параллельно по 70—80 шт., образуя коксовую батарею (рис. 8). Ее обслуживают коксовыталкиватель, двересъемная машина, загрузочный и тушильный вагоны, распределительная угольная башня. Производительность коксовой батареи на холодной влажной шихте достигает 2200 т кокса/сут (до 0,8 млн. т кокса/год).
Рассмотрим теперь подробнее устройство коксовых печей в батарее. Стены печей выложены из высокоогнеупорного динасового кирпича. Печи разделяются полыми отопительными простенками, внутри которых сжигается смесь коксового и доменного газов и развиваются температуры до 1400 °С. Через стенки печей тепло продуктов сгорания передается теплопроводностью к угольной шихте в рабочем пространстве каждой печи.
Каждая коксовая печь батареи заключена между двумя отопительными простенками. Под каждым простенком располагаются два кирпичных регенератора. Наиболее распространены две принципиально различные конструкции коксовых печей. Первая из них (с перекидными каналами) показана на рис. 9.
Рис. 9. Схема движения газов в печах с перекидными каналами
Доменный газ и воздух для горения сначала подогреваются раздельно в паре регенераторов под одним из отопительных простенков, например под левым, по отношению к данной коксовой печи (рис. 9, а). К этим газам присоединяется также холодный коксовый газ. Смесь вспыхивает и горит в левом отопительном простенке. Продукты сгорания перебрасываются над коксовой печью по специальным перекидным каналам и опускаются вниз уже по правому отопительному простенку. Далее продукты сгорания при температуре 1300—1350 °С входят в два регенератора под правым отопительным простенком, нагревают их кирпичные насадки и уходят в дымовую трубу с температурой 300—400 °С. Через 20—30 мин во всей коксовой батарее осуществляется перекидка клапанов, направление газовых потоков меняется на обратное (рис. 9, б). Теперь доменный газ и воздух греются в правых регенераторах, а дымовые газы греют регенераторы под левыми простенками. Такая система позволяет добиться равномерности обогрева стен коксовой печи и в значительной мере утилизировать тепло дымовых газов.
Система печей с парными вертикалами показана на рис. 10, на котором видно устройство одного отопительного простенка (разрез параллельно продольной оси коксовой печи и перпендикулярно оси коксовой батареи). Простенок разделен глухими перегородками на секции, каждая из которых состоит из двух вертикалов, соединенных сверху и снизу отверстиями в разделительных стенках. На рисунке показаны направления движения пламени, продуктов сгорания. Доменный газ и воздух здесь также нагреваются в регенераторах под простенками и вместе с холодным коксовым газом подаются в левые вертикалы снизу вверх. Затем продукты сгорания и пламя проходят через соединительные отверстия в верхних частях парных вертикалов и опускаются сверху вниз по правым вертикалам. Часть продуктов сгорания рециркулируется и подсасывается вновь в левые вертикалы через нижние соединительные отверстия.
Рис. 10. Печи с парными вертикалами и рециркуляцией продуктов сгорания (поперечный разрез по простенку).
Это делается для разбавления газовой смеси, предотвращения горения смеси в узкой по высоте зоне, т. е. повышения равномерности обогрева коксовой печи. Главная часть дымовых газов при 1300—1350 °С входит в регенераторы и греет их кирпичную кладку. Через 20—30 мин осуществляется перекидка клапанов и направление газопотоков меняется на обратное. Система печей с парными вертикалами сложнее, чем система с перекидными каналами, но она дает большую равномерность обогрева печи. Расход тепла на коксование холодной и влажной угольной шихты составляет 2200-—2600 кДж/кг влажной шихты.
Готовый пирог кокса выгружается в тушильный вагон и по традиционной технологии заливается водой (4—5 м'/т кокса).
К сожалению, мгновенное охлаждение создает в кусках кокса значительные внутренние напряжения, измельчает кокс, увеличивает его трещиноватость. Кроме того, в зависимости от расхода воды влажность кокса меняется в широких пределах (от 2 до 10 %), что затрудняет шихтовку в доменном цехе. Тепло коксового пирога теряется по этой технологии безвозвратно.
Рис. 11. Общий вид камерной установки сухого тушения кокса: 1 — камера тушения; 2 — форкамера; 3 — верхний кольцевой канал с зоной косыя ходов; 4 — пылеосадительный бункер с перегородкой; 5 — котел-утилизатор; 9 — дымосос; 7 — разгрузочное устройство; 8 — рампа холодного кокса; 9 — циклоны
Современная прогрессивная технология сухого тушения кокса холодным азотом предложена Г, Вундерлихом (Германия) в 1917 г. (рис. 11). По этой схеме раскаленный (1000—1050 °С) кокс загружается сверху в бункер, через который непрерывно продувается азот. Теплый кокс (200—250 °С) выдается из нижней части бункера. Нагретый азот направляется в пылеулавливатели, а затем в паровой котел, где получают перегретый до 450 °С водяной пар. Таким образом удается почти полностью утилизировать теплоту коксового пирога, осуществить охлаждение кокса по щадящему графику, улучшить качество кокса и снизить до минимума его влажность (1,5—2,0 %). Расход циркулирующего по контуру охлаждения азота составляет в таких установках 75 000—80 000 м3/ч. После парового котла остаточная теплота азота может быть использована для сушки и подогрева угольной шихты перед коксованием.