![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Печис комбинированным обогревом.
К печам с комбинированным обогревом относится вертикальная трехзонная печь непрерывного действия Гипрококса. Особенность ее конструкции состоит в том, что она имеет вертикальные отопительные простенки в зоне прокаливания, состоящие из горизонтальных каналов, которые с помощью косых ходов через сборно-распределительные каналы соединены с соответствующими регенераторами. На рис. 1.19 показаны поперечный и продольный разрезы печи по обогревательному простенку.
Средняя часть – это зона прокаливания II. Она содержит отопительные простенки 6 с верхними 5 и нижними 4 обогревательными каналами, которые соединяются через косые ходы 13 и 20 с вертикальными сборно-распределительными каналами 10 и 15, связанными с регенераторами 11 и 19. Регенераторы имеют входные патрубки 16, 17 и подовые каналы 14, 18. По длине перегородки между двумя смежными регенераторами расположены два ряда отверстий 21 для распределения водзуха, сечение которых регулируется передвижными регистрами 22. Газовые потоки по горизонтальным каналам обогревательного простенка распределяются передвижными клиновидными рассекателями. Нижняя часть печи представляет собой зону охлаждения кокса, разделенную перегородкой 3 на две части. Сырые угольные изделия через загрузочные люки 9 непрерывно поступают в зону спекания. Здесь они нагреваются за счет газов пиролиза до температуры 520 °С. Из этой зоны смесь газообразных продуктов разложения формовок и пиролизных газов через проемы 7 отсасывается через каналы 2 и окна У, нагнетается на горячий кокс с температурой 900 °С в зону охлаждения кокса. В результате их контакта происходит пиролиз углеводородных газов. Из зоны охлаждения часть газа возвращается в камеру спекания, а остальная часть выводится из печей через каналы 5 на дальнейшую переработку. Зона прокалки обогревается следующим образом. Воздух через патрубки 16, 17 поступает в подовые каналы 14, 18, а затем в верхний и нижний регенераторы 11, 19. В регенераторах он нагревается до заданной температуры, а затем направляется в вертикальные сборно-распределительные каналы 10, 15. Из них воздух через косые ходы 13, 20 поступает в нижние обогревательные каналы 4, откуда через отверстия 21 – в верхние каналы 5. Сюда же подается и коксовый газ. Продукты горения по косым ходам 13, 20 направляются в каналы смежных регенераторов, а затгм через подовые каналы и газовоздушные клапаны в дымовую трубу. При кантовке движение газовых потоков изменяется на обратное. Термическая обработка угольных изделий с окислительным пиролизом происходит в шахтной печи конструкции ИГИ. Шахта печи (рис. 1.20) выложена из шамотного кирпича и заключена в металлический кожух. По высоте печи расположены три зоны, в которых размещается по 7 – 8 окон, через которые подается окислительный агент, нагретый до температуры 350 °С. Угольные изделия поступают в печь через разгрузочный стол. По мере прохождения через три зоны печи формовки встречаются с потоком газа-теплоносителя, содержащего определенное количество кислорода. Печь разгружается снизу специальным толкающим механизмом. Температура в печи регулируется изменением концентрации кислорода в газе или удельного расхода окислительного агента. Летучие продукты разложения угольных изделий отводятся из четвертой зоны. ВУХИНом предложена конструкция вертикальных печей непрерывного действия с комбинированным обогревом. Процесс коксования формованных изделий разделяется на две стадии: первая стадия среднетемпературного коксования до 650 – 700 °С и вторая стадия прокаливания от 650– 700 до 900– 1000 °С. На первой стадии, согласно требованиям получения прочных изделий, нагрев производится со скоростью 1, 5– 2 °С/мин за счет теплоты газообразного теплоносителя, в качестве которого используются летучие продукты коксования. Вторую стадию прокаливания изделий осуществляют в камере с внешним обогревом. Схема вертикальной печи непрерывного действия показана на рис. 4.21. В соответствии с изложенным выше по высоте печи условно можно выделить три зоны: среднетемпературного коксования (I), прокаливания (II) и охлаждения кокса (III). Парогазовые продукты циркулируют благодаря газодувкам 2. Они охлаждают кокс от 1000 до 500 °С и сами, нагреваясь, отдают затем теплоту в первую зону. На уровне второй зоны сечение печи сужается и здесь осуществляется обогрев через стенку за счет теплоты горения коксового газа. Продукты горения отдают теплоту насадкам регенераторов; затем она используется для подогрева воздуха, подаваемого для горения в вертикальные колодцы обогревательного простенка. 2 ПРОИЗВОДСТВО СПЕЦИАЛЬНЫХ ВИДОВ КОКСА
Ежегодная потребность в коксе недоменного назначения, т. е. для агломерации руд, производства ферросплавов, цветной металлургии, химической промышленности и других отраслей народного хозяйства составляет около 20 млн. т. Потребность в нем удовлетворялась главным образом за счет ресурсов мелких классов кокса, образующихся при сортировке валового кокса на коксохимических заводах и дополнительного грохочения металлургического кокса в доменных цехах. Однако мелкого класса кокса недостаточно для удовлетворения нужд указанных производств. Этот дефицит покрывается благодаря использованию крупных классов металлургического кокса, что невыгодно для народного хозяйства, так как при этом используются дефицитные и дорогостоящие коксующиеся угли. Вместе с тем для недоменных производств не требуется столь высококачественный и в то же время дорогой кокс. Кроме того, разные по характеру производства выдвигают иные, чем доменное производство, требования к его качеству, в частности, по крупности, реакционной способности, электросопротивлению и пр. Поэтому выдвинута задача по оптимизации структуры производства и потребления кокса и углеродистых восстановителей. За последние годы ВУХИНом, Гипрококсом, МХТИ им. Д. И.Менделеева и другими организациями проведены широкомасштабные исследования по разным направлениям решения этой задачи.
2.1 Требования к качеству кокса для недоменных целей
Недоменные крупномасштабные производства отличаются различными требованиями к топливу или углеродистым восстановителям, что связано со спецификой их технологии. Одним из крупномасштабных производств является агломерация руд угля доменного процесса. Агломерат получают путем спекания при высоких температурах шихты, состоящей из тонкодисперсной железной руды или ее концентрата, отсеянного мелкого агломерата (возврата), топлива и флюса-известняка. Иногда в шихту добавляют колошниковую пыль, пиритные огарки, марганцевую руду, доломитизированный известняк для получения магнезиального шлака. Подготовленную шихту загружают в спекательную чашу. Для предохранения от действия высоких температур на колосниковую решетку предварительно укладывают слой в 0, 2—0, 3 м крупных частичек возврата. Для подачи воздуха в слой шихты под колосниковой решеткой создается разрежение. Топливо в верхнем слое шихты поджигается горелкой и оно сгорает тонким горизонтальным слоем за счет кислорода засасываемого воздуха. В процессе агломерации в слое шихты выделяют следующие зоны (сверху вниз): охлаждения агломерата и подогрева воздуха, спекания шихты, подогрева и сушки шихты, конденсации паров воды. Температура в зоне спекания достигает 1300 – 1600 °С. Часть руды и флюсов в этой зоне расплавляется, образуя жидкую фазу, которая обволакивает твердые частицы, запекает их и превращает мелкие частички шихты в кусковой материал – агломерат. В промышленных условиях процесс агломерации происходит в агломерационных машинах. Подготовленную шихту при помощи барабана-питателя загружают на непрерывно движущиеся по рельсам спекательные тележки, образующие замкнутую желобоподобную ленту агломерационной машины. Шихта зажигается в зоне зажигательного горна. Воздух засасывается дымососом. Готовый агломерат разгружается в концевой части агломерационной ленты. К наиболее важным физико-химическим процессам при агломерации относятся окисление и горение углерода топлива: разложение карбонатов металлов, термическая диссоциация оксида железа (III), восстановление оксидов железа (III), горение сульфидов. Требования к качеству агломерационного топлива должны быть такими, чтобы обеспечить высокую производительность агломерационпых машин (Р, т/сут), которая при прочих неизменных параметрах процесса и их конструктивных характеристиках зависит от свойств топлива, обусловливающих определенную величину вертикальной скорости спекания (С, м/мин): Р = 14, 4 * F * γ * С * К где Р – площадь ленты, м2; γ – плотность насыпной массы шихты, т/м3; К – выход годного агломерата от шихты, %. При горении топлива в агломерационном процессе зоны пламени и теплоты должны перемещаться с одинаковой скоростью, без расширения зоны горения. Это требование соблюдается, если свойства топлива в процессе нагревания в определенном диапазоне температур не изменяются. К таким материалам относятся высокоуглеродистые материалы – кокс и антрацит. Свойства топлива, используемого для агломерации руд, должны удовлетворять некоторым специфическим требованиям. Крупность частичек топлива, учитывая его небольшой расход (3 – 10 %), должна обеспечить равномерное его распределение в аглошихте и достаточную скорость горения. Опытным путем во время работы агломерационных цехов установлено, что топливо должно измельчаться до крупности менее 3 мм. Минеральные примеси топлива полностью переходят в агломерат. Но, учитывая небольшой удельный расход топлива, зольность его может быть и несколько выше, чем доменного кокса. Однако при этом следует учитывать, что в шихте для агломерации должно содержаться столько углерода, сколько его нужно для прочного спекания ее массы (примерно 5 %). Расход топлива на агломерационных фабриках колеблется в пределах 75 – 90 кг на 1 т агломерата, причем этот показатель тем больше, чем выше его зольность. Поэтому целесообразно ограничить верхний предел зольности топлива для агломерации до 16 %. В отношении сернистости топлива для агломерации с технологической точки зрения устанавливать какие-либо ограничения нет смысла, так как горючие формы серы (пиритная, органическая и др.) из топлива и руды полностью выгорают. Остается лишь часть сульфата серы, которая ухудшает доменный процесс. Для ее удаления требуется более высокий расход топлива. Высокая реакционная способность топлива обусловливает значительную вертикальную скорость спекания, следовательно, и повышение производительности агломерационных машин. Как показали исследования, проведенные Г. Н. Макаровым с сотрудниками, такой реакционной способностью обладает кокс, полученный в кольцевой печи из углей технологических групп Г6 и 2СС Кузбасса. По сравнению с применением коксовой мелочи, отсеянной из валового слоевого кокса, производительность агломерационной фабрики увеличивается на 30 – 40 %. В связи с этим целесообразно получать для агломерации руд специальный кокс с реакционной способностью до 2, 5 – 3 мл/(г * с). Это достигается высокой его пористостью и меньшей плотностью. Такое свойство полезно и потому, что при одинаковой по массе добавке в шихту кокса (в случае его меньшей плотности) он более равномерно распределяется в проплавляемой массе. Крупным потребителем каменноугольного кокса является ферросплавная промышленность. В основе ее лежат электротермические процессы. Ферросплавы – это сплавы железа с легирующими элементами для получения специальных высококачественных сталей. В настоящее время в качестве легирующих используется более двадцати пяти элементов, а сортамент различных ферросплавов превышает семьдесят пять наименований. Основным показателем качества ферросплавов является содержание ключевого легирующего элемента. В общем объеме производства ферросплавов в нашей стране на долю марганцевых сплавов приходится 50 %, кремнистых 30, хромистых 14 и других – 6%. Для производства ферросплавов применяются руды соответствующих легирующих элементов, железосодержащие материалы и восстановители. Материалы плавятся в электрических печах. Важным показателем плавки является электросопротивление шихтовых материалов. Оно во многом определяется свойствами восстановителя. Требования к физико-механическим свойствам кусковых углеродистых восстановителей сводится к основным трем показателям: механическая прочность, термическая стойкость, крупность. Механическая прочность углеродистого восстановителя как при низких, так и при высоких температурах должна обеспечивать минимальное образование пыли и частичек крупностью менее 5 мм. Это позволяет поддерживать равномерное распределение газов по сечению печи и нормальный ход плавки. Предложено определять механическую стойкость кусков углеродистого восстановителя показателем прочности пористого тела по методу ВУХИНа. Она должна быть не ниже 45 %. Крупность углеродистого восстановителя при производстве ферросплавов обусловливается двумя процессами. При снижении крупности его частичек повышается электросопротивление слоя материала, а за счет развитой внешней поверхности повышается скорость взаимодействия с рудами. В то же время при этом снижается газопроницаемость загрузки, высота которой в современных электротермических печах составляет около 2, 5 м. Поэтому в качестве восстановителя используют коксовый орешек крупностью 1 – 2, 5 мм. Из физико-химических свойств восстановителей важными являются электросопротивление и реакционная способность. Высокое электросопротивление шихты, которое в основном зависит от этого показателя для кокса, влияет на положение электродов, и удельную полезную мощность, что необходимо для протекания физико-химических и химических процессов восстановления. Поэтому кокс с повышенным электросопротивлением способствует росту производительности печей и снижению его удельного расхода. Повышенная реакционная способность восстановителей улучшает условия протекания процесса восстановления и снижает удельный расход электроэнергии на единицу продукта. Величина реакционной способности зависит от стадии химической зрелости углей и условий их коксования. Наибольшей реакционной способностью обладает кокс, получаемый из углей низких стадий зрелости. Симбатно реакционной способности возрастает и электросопротивление кокса. Поэтому припроизводстве кокса для электротермических процессов целесообразно использовать угли низких стадий химической зрелости. Из технологических факторов на реакционную способность влияет конечная температура получения углеродистого восстановителя. Более высокой реакционной способностью обладают коксовые остатки нагрева углей до температур, не превышающих 700 °С. Реакционная способность и электросопротивление углеродистых восстановителей взаимосвязаны. Высокоуглеродистые реакционно-способные материалы обладают более высоким электросопротивлением. Углеродистые восстановители для электротермических производств должны иметь удельное электросопротивление не ниже 2, 5 * 10-3 Ом * м2/м и реакционную способность по отношению к СО2 более 1 мл/(г * с). В отношении их зольности можно отметить следующее. При низком содержании минеральных примесей в восстановителе снижается расход электроэнергии и увеличивается производительность печи. В то же время отдельные минеральные примеси являются полезными компонентами шихты. Например, при получении ферросилиция полезными являются оксиды кремния и алюминия. А при электротермическом производстве желтого фосфора оксиды кр~емния и алюминия увеличивают скорость процесса и понижают температуру его образования. Поэтому в этом процессе можно использовать высокозольный кокс. Для других электротермических производств зольность кокса должна быть не более 15 %. 2.2 Основные технические решения производства специальных видов кокса и углеродистых восстановителей
Государственным комитетом СССР по науке и технике принято в качестве типового агрегата для производства специальных видов углеродистых восстановителей кольцевую печь конструкции МХТИ им. Д. И. Менделеева, так как она обеспечивает непрерывность процесса с полной автоматизацией и механизацией. Кроме того, широкий диапазон технологичности печи позволяет осуществлять как процесс коксования слабоспекающихся углей, так и термическую обработку кусковых углеродистых природных материалов и искусственных изделий разного назначения – тощих углей, антрацитов, угольных формовок и др. Поперечный разрез непрерывнодействующей кольцевой печи представлен на рис. 1.22. Главным ее элементом является движущийся под в отопительном кольцевом канале. Кольцевая печь работает следующим образом: уголь или другие материалы непрерывно подаются в загрузочный бункер, а из него на движущийся под кольцевой печи. Коксование в кольцевой печи протекает непрерывно и заканчивается за один оборот подины. Готовый кокс сбрасывается в бункер, охлаждается и подается на сортировку. Процесс коксования осуществляется в тонком от 50 до 200 мм слое за счет внешней теплоты, которая подводится от нагретого перекрытия, отделяющего отопительный канал от камеры коксования или за счет теплоты сжигания летучих продуктов коксования. Для этого в подсво-довое пространство печи подается воздух. Выбор схемы обогрева печи определяется ее назначением – будет ли в ней производится коксование углей с большим химическим потенциалом либо в ней будет производится термическая обработка углеродистых материалов и формованных изделий. Кольцевые печи могут применяться для термической переработки любых видов ТРИ или углеродистых материалов независимо от их гранулометрического состава и свойств. Особенностью кольцевых печей является гибкость их технологического режима, изменения которого возможны в широком диапазоне температур, полная автоматизация и механизация всех операций и незначительные выбросы вредных веществ в окружающую среду. Выполнены проекты строительства кольцевых печей для производства топлива и восстановителей на ферросплавных заводах на Криворожском коксохимическом заводе (КХЗ). При проектной производительности кольцевой печи около 400 тыс. т в год кокса ее средний диаметр составляет 40 м, а рабочая ширина пода – 6 м. В качестве сырья для установки на Алтайском КХЗ будут использоваться угли марки СС, добываемые из разреза им. 50-летия Октября Кузнецкого бассейна. Расчеты показывают, что удельные капитальные затраты составят 15, 54 руб/год, а заводская себестоимость продукции – 14, 78 руб/т. По сравнению с производством обычного мелкого кокса экономический эффект составит 2, 5 млн. руб. в год. На Криворожском КХЗ в качестве сырья намечено использовать смесь донецких углей марок Г и Т. Заводская себестоимость ферросплавного и агломерационного кокса из этих углей составит 27, 81 руб/т, а экономический эффект – более 1 млн. руб. в год. Коксобрикеты будут получать из шихты, содержащей 88 % донецкого антрацита, 6 кузнецкого жирного угля и 6 % нефтяного крекинг-остатка. Производительность установки 250 тыс. т литейных коксобрикетов в год, удельные капитальные затраты 31, 26 руб/т, себестоимость 39, 91 руб/т. Экономический эффект от внедрения этого метода в промышленность более 1, 7 млн. руб. в год. В Советском Союзе на основании зарубежного опыта разрабатывается технолэгия производства недоменного кокса на цепных колосниковых решетках (ЦКР). Этот способ относится к переработке твердых горючих ископаемых, именуемой окислительным пиролизом. Коксование на ЦКР впервые разработано в Канаде и получило название «стокерного», или «аутогенного». Способ внедрен на заводе фирмы Schawinigan Chemicals (рис. 1.23) и на заводе в г. Шавининган Фолз. Коксованию подвергают грохоченный уголь узкого класса крупности. Колосниковая решетка имеет площадь 16, 5 м2 (3 * 5, 5 м).
Производительность установки по коксу из газовых углей составляет 40 – 45 т/сутки. Нагрузка по углю составляет 200 кг/ч на 1 м2 решетки. Получаемый на этой установке кокс применяется для выплавки карбида кальция. Его также можно использовать для агломерации руд, производства ферросплавов, фосфора и в других химических процессах. Установка для производства углеродистых материалов из углей в СССР показана на рис. 1.24. Сущность процесса заключается в нагревании угольной загрузки или изделий из углей на движущемся конвейере за счет теплоты сгорания летучих продуктов. Подача исходного угля и разгрузка готового продукта осуществляются непрерывно. Воздух в необходимом количестве для сжигания летучих продуктов подается через слой угля снизу. Этот процесс аналогичен сжиганию кускового топлива в механизированных топках с цепной решеткой. При коксовании угля воздух подается в количестве, поддерживающем горение только летучих продуктов. На ЦКР можно коксовать длиннопламенные, газовые и слабоспекающиеся угли открытой добычи, а также высокозольные угли Карагандинского бассейна крупностью 10 – 75 мм. Удельная производительность установок ЦКР составляет по углю 200 кг/ч с 1 м2 обогреваемой поверхности, что в 20 раз превышает показатель для современных камерных печей и более чем в 5 раз – для кольцевых печей с вращающимся подом. В отечественной промышленности накоплен опыт эксплуатации топок с цепными решетками площадью 35 м2. Производительность одного агрегата составляет 14 т/ч угля. Десять таких агрегатов могут произвести 0, 5 млн. т кокса в год, что покроет потребность крупного ферросплавного завода. На ЦКР может быть получено и агломерационное топливо. В этом случае крупность угля должна составлять 6 – 10 мм. 3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ФОРМОВАННОГО ТОПЛИВА И ВОССТАНОВИТЕЛЕЙ
В настоящее время известно большое количество способов получения формованного, термически обработанного топлива. По существу все они являются различными вариантами комбинаций рассмотренных выше трех операций и отличаются лишь по способу подготовки топлива, его окускования, сложности применяемой аппаратуры и режимом температур термической обработки топлива. Поэтому мы здесь рассмотрим лишь наиболее принципиально отличающиеся и наиболее распространенные схемы производства. В ИГИ разработан способ пирогенетического окусковывания углей. Технологическая схема такой установки представлена на рис. 1.25 и заключается в следующем.
Отсевы газового угля с толщиной пластического слоя 7 – 12 мм или смесь с отсевами неспекающихся, слабоспекающихся углей или антрацитов измельчаются до крупности 0 – 3 мм, брикетируются на вальцевом прессе с добавкой 8 % нефтебитума или гранулируются на тарельчатом грануляторе твердым теплоносителем до температуры 480—510 °С. В качестве теплоносителя используется песок, который поступает из бункера 1 в аппарат 3 для нагрева. Нагрев песка осуществляется продуктами сгорания в печи 2 газа, образующегося при прокаливании изделий. Горячий песок с начальной температурой 923 – 973 °С из промежуточной емкости 4 поступает вместе с брикетами или гранулами в шахтную печь 5. Теплота от нагретого песка к угольным изделиям передается гри их непосредственном контакте. Песок и готовое топливо разделяются Н1 грохоте 6. Песок возвращается в цикл, а готовые изделия после охлаждения в охладителе 7 поступают в погрузочные бункера 8. Газ для очистки от пыли поступает в циклон 9, а затем после извлечения ценных химических продуктов может использоваться для сжигания в печи 2. Для производства коксобрикетных изделий, а также для самостоятельного использования в качестве топлива в различных отраслях промышленности в СССР и за рубежом разработаны методы получения мелкозернистого углеродистого материала из неспекающихся углей низких стадий зрелости. Основной особенностью является скоростной нагрев тонкодисперсных длиннопламенных и бурых углей теплоносителем до температур, обеспечивающих необходимые свойства углеродистого остатка. Чаще всего они обусловливают получение полукокса, который затем используется для дальнейшей переработки. Поэтому этот процесс называется высокоскоростным полукоксованием. Способ получения коксобрикетного топлива на базе углей Ирша-Бородинского месторождения, которое можно использовать для литейных целей, разработан в ВУХИНе. Были проведены исследования по двум направлениям: получение коксобрикетного топлива двухступенчатым способом, включающим получение из бурого угля полукокса, его брикетирование с добавками жирного угля и связующего, коксование брикетов; получение брикетного топлива из буроугольного полукокса его брикетированием с химически активным связующим и термоокислением брикетов. Как видно, второе направление исследований воспроизводит так называемый польский способ получения коксобрикетов. В качестве исходного сырья использовали буроугольный полукокс, а в качестве связующего – нефтяные отходы и тяжелую смолу полукоксования бурого угля. Полукокс измельчали до крупности менее 3 мм (93 – 95 %). Исследования показали, что коксобрикеты диаметром 51 мм, высотой 45 – 50 мм с барабанной прочностью + 40 (92 %) и 10 мм (7, 5 %), прочностью пористого тела 61 – 68 % и пористостью 25 % можно получить при следующих оптимальных условиях: конечная температура полукоксования – 500 °С; состав смеси для брикетирования, %: полукокс 70, жирный уголь 17, связующее 13; давление прессования 19, 6 * 106 Па, нагрев брикетов от 400 до 550°С со скоростью 1, 5 °С/мин и от 650 до 850 °С со скоростью 3 °С/мин. При производстве брикетов по польскому способу оптимальная смесь для брикетирования состоит из 86 % среднетемпературного кокса и 14 % тяжелой смолы. Время термического окисления 10 ч при 300 СС. Полученное топливо имеет прочность пористого тела 66 %, пористость 18 %, повышенный выход летучих веществ до 13 %. Дальнейшие исследования показали, что применение менее 14 % связующего ухудшает качество коксобрикетов. Важнейшим параметром процесса является время термоокисления. Так, при его увеличении от 5 до 11 ч прочность пористого тела кокса возрастает от 55 до 70 %. Однако термоокисленные брикеты имеют невысокую термическую стойкость. Поэтому в ВУХИНе разработан трехступенчатый процесс, в котором третья ступень – это собственно процесс коксования до 900 °С. Прочные термостойкие коксобрикеты получают из смеси, %: кокс 71, жирный уголь 15, связующее 12; продолжительность окисления 5 и коксования 2 ч. Прочность пористого тела коксобрикетов составляет 60 %, пористость 17, 6 %. По своим свойствам коксобрикеты относятся к удовлетворительному литейному топливу. Первые разработки по получению коксобрикетного топлива были начаты в Уральском политехническом институте под руководством М. В. Гофтмана. Позднее этим вопросом начали заниматься в ВУХИНе – ИГИ, МХТИ им. Менделеева. Суть разработки состоиг в следующем: антрациты, полуантрациты, тощие и слабоспекающиеся угли в количестве 80 – 86 % смешиваются с 5 – 10 % спекающегося угля и 8 % связующего вещества. Смесь подогревают и брикетируют. Брикеты коксуют в кольцевой печи в течение 1 – 4 ч в зависимости от размеров брикетов. Готовый продукт отличается низкой реакционной способностью (в 2 – 10 раз ниже, чем у слоевого кокса), низкой пористостью (15 – 20 %) и характеризуется достаточной прочностью. Расход коксобрикетов в литейном производстве по сравнению с коксом слоевого коксования сокращается на 25 – 30 %. Способ получения коксобрикетов из бурых углей Канско-Ачинского бассейна заключается в том, что рядовой уголь после дробления и сушки подвергается полукоксованию с получением полукокса, смолы, газа и других продуктов. Из полукокса и смолы составляется шихта, из которой производятся брикеты, проходящие термоокислительную обработку. Технологическая схема такого производства приведена на рис. 1.26.
Бурый уголь измельчается в шахтной мельнице 2, куда подаются продукты горения топлива для удаления влаги. После отделения измельченного угля в циклонах 6 он поступает в реактор 5 для полукоксования. Этот процесс осуществляется за счет теплоты продуктов сгорания. Полукокс после охлаждения в аппарате 4 поступает в смеситель 8, куда подается тяжелая смола из реактора 10 для смолы. После охлаждения шихты в охладителе 9 она поступает на вальцевый пресс 18, а затем – в установку термоокисления. Для термоокисления используют дымовые газы, содержащие 12 – 14 % кислорода. Температура обработки составляет 220 °С, время – 2, 5 ч. Под действием кислорода происходит окислительная полимеризация и поликонденсация связующего, в результате чего буроугольно-полукоксовые брикеты упрочняются. Летучие продукты полукоксования проходят систему очистки охлаждения и улавливания в аппаратах 11 – 17. После выделения фенолов и легких масел смола применяется для производства брикетов, а охлажденный газ используется в качестве топлива. Аналогичный принцип получения брикетного топлива из полукокса с использованием получаемой в результате полукоксования смолы в качестве связующего реализован на предприятиях Польши. Технологическая схема (рис. 1.27) включает полукоксование углей в печах Лурги 3 при повышенных температурах, смешение полукокса и тяжелых фракций смолы (остаток после отгона до 300 °С) в вертикальном смесителе, брикетирование на вальцевых прессах 6 под давлением (29, 4 – 49, 5) * 106 Па, термическую обработку брикетов в туннельной печи 8 дымовыми газами, содержащими 14 % кислорода при температуре 220 – 280 °С в течение 4ч. В результате получают прочное формованное топливо. Прочность его в большей мере зависит от температуры, при которой осуществляется получение полукокса, чем от температуры последующей термической обработки брикетов. Поэтому полукоксование стремятся вести при высоких температурах, а термическую обработку брикетов – при относительно низких температурах. В последние годы Институт химической переработки угля в ПНР разработал способ получения коксобрикетов из мелкозернистого материала (рис. 1.28) путем брикетирования со связующим с последующей обработкой коксобрикетов в реакторе, где в качестве теплоносителя используется песок (рис. 1.29). На этих же принципах в США разработана технология получения кокса по методу «Фуд машинеры». Этот процесс запатентован в тридцати странах мира и реализован в промышленных условиях. Отличие его от описанных выше методов состоит в многоступенчатой термической обработке измельченного угля до температуры 800 – 1000 °С. На первой стадии уголь подвергается термической обработке до температур 120 – 260 °С (для неспекающихся углей) и 260 – 425 °С (для спекающихся углей) в теплоносителе, содержащем до 20 % кислорода в зависимости от спекаемости угля. Нагрев осуществляется в кипящем слое (стадия «катализации»). На второй стадии, названной «стадией карбонизации», материал нагревается до 650 °С за счет частичного горения угля. На третьей стадии (кальцинация) полукокс нагревается до 800 – 1000 °С. При этом выход летучих веществ снижается до 3 %. На данной стадии газтеплоноситель не должен содержать кислород и другие реакционноспособные газы. После охлаждения коксования мелочь смешивается с каменноугольной смолой или песком и брикетируется при давлении около 34, 3 * 106 Па. Полученные формовки или брикеты коксуют в атмосфере оксида углерода (II) или углеводородного газа в шахтных печах или на подвижных колосниках. За рубежом известны способы производства формованного кокса, получившие название «процесс Дидье» и «процесс Баумко». Отличительная особенность этих способов по сравнению с рассмотренными выше состоит в том, что брикетная шихта приготавливается не только из полукокса с добавкой к нему 6 – 10 % пека, но также с добавкой около 10 % спекающегося угля. Брикеты коксуют в вертикальных печах непрерывного действия до 900 – 1000 °С. Между собой оба процесса отличаются, в основном, способом получения полукокса. Эти способы целесообразны для получения металлургического топлива из неспекающихся углей низких стадий зрелости. Институтом Бергбауфоршунг и фирмой Лурги разработан способ производства формованного кокса горячим брикетированием. Часть тонкоизмельченного угля (75 – 80 % в зависимости от его спекаемости и выхода летучих продуктов) подвергают полукоксованию. Образующийся горячий полукокс быстро и тщательно смешивают в шнековом смесителе со второй частью угля (20 – 25 %) или другим хорошо спекающимся компонентом шихты. При этом температура смеси составляет 400 – 520 °С, в результате чего спекающийся уголь переходит в пластическое состояние и за счет жидких веществ его пластической массы происходит смачивание полукокса. Брикетирование смеси осуществляется в двухвалковом прессе. Затем полученные брикеты охлаждают. Для производства полукокса в этом процессе пригодны практически все угли – от антрацита и до бурых. Однако природа угля и условия процесса полукоксования влияют на свойства полукокса и через него па процесс горячего брикетирования. Например, насыпная масса полукокса из антрацита в реакторе с кипящим слоем почти в два раза выше, чем у полукокса каменных углей (770 против 400 кг/м3). Это определяет и меньший расход хорошо спекающегося угля, необходимого для горячего брикетирования полукокса из антрацита, чем для полукокса из каменных углей с более низкой насыпной массой (20 – 25 % против 30 – 35 % для полукокса из каменных углей с более низкой насыпной массой). Преимущество способа горячего брикетирования состоит в том, что для производства брикетов не применяются дефицитные связующие материалы. Кроме того, практика показала, что в связи с высокой прочностью сырых брикетов нет необходимости в дополнительном их прокаливании. Однако в некоторых случаях эта стадия получения формовок необходима. В связи с отсутствием спекающихся углей в ГДР налажено производство кокса из бурых углей, запасы которых значительны. Схема технологии производства буроугольных коксобрикетов показана ниже: После соответствующей подготовки бурый уголь, измельченный до 0 – 1 мм с влажностью 10—12 %, подвергается брикетированию на штемпельных прессах при высоком удельном давлении. Брикеты подвергают термической обработке в специальных коксовых печах, состоящих из двух камер: сушки и высокотемпературного коксования. Сушка брикетов осуществляется отходящими дымовыми газами из системы обогрева коксовых печей. Температура их составляет не более 200 °С. Брикеты подсушиваются до содержания в них влаги не более 3 %. Из сушильной камеры брикеты поступают в коксовую печь, в верхней части которой температура составляет 400 – 520 °С, а в нижней части – 950 СС. Готовый кокс охлаждается в установке сухого тушения. Производство специальных видов углеродистых восстановителей в большинстве случаев связано с использованием связующего, являющегося дефицитным материалом. В ИГИ разработан метод получения формованного недоменного кокса для электротермических производств из недефицитных слабоспекающихся углей без использования связующего. Сущность метода заключается в следующем. Угли марок К2, Г6 и СС измельчаются до размера менее 3 мм в зависимости от их свойств. При необходимости их увлажняют. На второй стадии процесса угольную массу прессуют с получением малоформатных изделий массой 8 – 12 г. На третьей стадии их подвергают термической обработке при температуре 700 – 900 °. Важнейшей стадией производства недоменного кокса по методу ИГИ является формование или брикетирование. Определяющими факторами образования углеформовок методом брикетирования без связующего являются: размер угольных частичек и их общая удельная поверхность, ее гидрофобность и пластичность углей и др. Прочность углеформовок зависит от давления прессования. В то же время она закономерно снижается при получении углеформовок из частичек угля крупностью, мм: < 0, 25, 0, 25 – 1, 1 – 2 и 2 – 3. В формовании структуры углеформовки участвует остаточная влажность. Каждому давлению прессования при определенном гранулометрическом составе угольной массы соответствует оптимальная влажность. Остаточная влажность углеформовок является функцией гидрофобности поверхности угольных частичек и пористости. Технологическая схема производства малоформатного кокса по методу ИГИ представлена на рис. 1.31. Уголь из приемных бункеров 1 ленточным конвейером 2 подается на измельчение в молотковую дробилку 3. Далее он подается пневмоконвейером в циклон 4, а из него поступает в накопительный бункер 5, откуда дозируется питателем 6 в смеситель 7. Затем шихта поступает в бункер 11 и далее брикетируется на вальцовых прессах 9. При подаче в брикетируемую смесь различных добавок предусмотрены емкости 8. Готовые формовки шнеком 10 подаются в прокалочную печь 12 непрерывного действия. Из аппарата гашения 13 и грохота 14 готовые изделия загружают в вагоны 15. Отделяемая на грохоте 14 крошка возвращается через конвейеры 16, 17 в прокалочную печь. Термически обработанные формовки обладают достаточно высокой прочностью по копровому методу – выход классов: 2, 5 мм – 71, 4 %, 0, 5 мм – 13, 6 %. Их структурная прочность по методу ВУХИНа приближается к 60 %. Институтом горючих ископаемых и Московским горным институтом разработана технология получения восстановителя для электротермических производств из бурых углей Канско-Ачинского бассейна, запасы которых огромны при благоприятных горно-геологических условиях добычи открытым способом. Рассматриваемый процесс производства недоменного восстановителя включает стадии полукоксования, смешения образующегося полукокса со смолой, брикетирования и термической обработки брикетов. Особенность этой технологии состоит в том, что в качестве связующего используются тяжелые фракции буроугольной смолы, получаемой в этом же процессе. Прочность изделий зависит от свойств связующего материала, в частности, его коксового числа. Для его повышения предложено применять модификатор, т. е. органические вещества, которые реагируют с химически активными соединениями смолы. Связующее под влиянием модификатора образует пространственную структуру; при этом наблюдается переход его из термопластического п термореактивное состояние. Для получения качественных изделий важное значение имеет конечная температура получения полукокса, которая определяет свойства его поверхности и реакционную способность. Поэтому, выбирая оптимальную температуру нагревания бурых углей, можно получить топливо с нужными свойствами. Полукокс из бурых углей получают их энерготехнологической переработкой в режиме скоростного нагрева. В результате получают 4 –5 % тяжелых фракций смолы. При производительности установки 175 т/ч выход тяжелых фракций составит 7 – 9 т/ч, а при их расходе в качестве связующего из расчета 20 % можно получить около 36 т брикетов в час. Смешение полукокса и связующего осуществляется при нагреве до 75 – 90 °С в паровом смесителе в течение 30 мин. Подготовленную смесь шнековым питателем подают в распределительную чашу вальцового пресса. Брикеты могут быть необходимого размера в соответствии с требованиями к размерам углеродистых восстановителей для электротермического производства. Дальнейшая термическая обработка возможна по нескольким технологическим схемам в режиме термоокислительного пиролиза и до температур, при которых обеспечивается необходимая прочность изделий и такие характеристики, как удельное электросопротивление и реакционная способность. Термоокислительная обработка формовок может осуществляться на горизонтальном сетчатом конвейере, заключенном в закрытую термоизолированную камеру, газом-теплоносителем, содержащем 10 – 12 % кислорода при температуре 215 °С. Спекшиеся изделия прокаливаются в вертикальной непрерывно действующей печи. Термоокисление сырых брикетов происходит в кипящем слое песка для устранения слипания брикетов. В последнее время разработана более совершенная технология термической обработки формовок, которая осуществляется в две стадии. На первой стадии их нагревают до температуры 150—180 °С в термоизолированном вращающемся барабане за счет физической теплоты полукокса, который подается в барабан совместно с брикетами после камеры скоростного полукоксования. Количество необходимого полукокса и его температура определяются экспериментально и должны обеспечивать условия термоокисления. После разделения смеси формовок и полукокса последний с температурой 150 – 180 °С поступает в смеситель для последующего брикетирования, а отвержденные формовки направляются в камерную печь на вторую стадию термообработки до температуры 850 °С. В качестве теплоносителя для прямого нагревания формовок применяют парогазовые продукты пиролиза, используя их физическую теплоту. Часть их может сжигаться за счет кислорода, подаваемого с продуктами горения. Предусмотрен также внешний обогрев. Разработанная технология позволяет получать из бурого угля прочные углеродистые изделия, удовлетворяющие требованиям электротермических производств, в частности, для ферросплавной промышленности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мною были рассмотрено получение формованного топлива и восстановителей. Были достигнуты поставленные ранее задачи: охарактеризовал производство формованного кокса, производство специальных видов кокса технологические схемы получения формованного топлива и восстановителей. Были рассмотрены такие предметы: производство формованного кокса, производство специальных видов кокса, технологические схемы получения формованного топлива и восстановителей. На мой взгляд, тема очень интересная и мне её изучение понравилось. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Глущенко И. М. Химическая технология горючих ископаемых. – К.: Вища шк. Головное изд-во. 1982 г.– 447 с.
2. Глущенко И. М. Теоретические основы технологии горючих ископаемых: Учебник для вузов. – М.: Металлургия. 1990 г.– 296 с.
3. Технология коксохимического производства. Лейбович Р. Е., Яковлева Е. И., Филатов А. Б. Учебник для техников. – М.: Металлургия. 1982 г. – 360 с.
|