Основные направления развития новых процессов подготовки углей к коксованию

Новая технология подготовки углей к коксованию экономически целесообразна в следующих условиях:

1) Если применение новых технологических приемов и оборудования позволяет повысить физико-механические свойства кокса, уменьшить дробимость и истираемость, улучшить гранулометрический состав и, таким образом, улучшить технико-экономические показатели доменной плавки: снизить расход кокса, увеличить производительность доменных печей.

2) Если новая технология подготовки углей позволяет ввести в угольную шихту более дешевые угли. Обычно это угли плохо коксующиеся, но добываемые открытым способом, длиннопламенные, газовые, слабоспекающиеся. В этом случае задачи новой технологии обеспечить сохранение качественных показателей кокса на прежнем уровне, при улучшении технико-экономических показателей коксового производства.

3) Если необходимо получение кокса специального назначения с заранее заданными свойствами.

Совершенствование существующей и создание новой технологии подготовки углей для коксования включает комплекс мероприятий и технических приемов, основными из которых являются: внедрение новых приемов обогащения углей, рациональное составление угольных шихт, оптимальные степень и условия измельчения углей, увеличение плотности угольной загрузки, сушка и предварительный нагрев перед коксованием (термическая подготовка) и др.

Значительное повышение плотности угольной загрузки, направленное в основном на улучшение качества кокса, который получают из шихт с большим участием слабоспекающихся углей, достигается различными способами. К ним можно отнести: трамбование угольной шихты и частичное брикетирование. Практическое осуществление этих методов приводит также к повышению производительности коксовых печей.

Термическая подготовка углей перед коксованием

Термическая подготовка углей перед коксованием заключается в нагреве их до определенной режимной температуры и преследует цель уменьшить влажность угольной шихты до оптимального уровня (сушка), или удалить практически полностью внешнюю влагу угля, загружая при этом нагретую угольную шихту в коксовые печи. Коксование термически подготовленной угольной шихты имеет следующие преимущества: улучшается качество кокса (прочность, равномерность по крупности); расширяется сырьевая база коксования за счет увеличения в шихте доли слабоспекающихся и газовых углей; увеличивается производительность коксовых печей на 25 — 40 %; Уменьшается количество сточных вод.

Влияние термической подготовки на процесс коксования углей является сложным и, в основном, проявляется в следующем: при уменьшении влажности Угля увеличивается плотность насыпной массы загрузки в камере коксования.

Это приводит к тому, что спекаемость угольной загрузки повышается за счет повышения плотности поверхностного контакта зерен угля, увеличивается скорость нагрева до перехода в полукокс: уменьшается трещиноватость кокса за счет снижения перепада температур в загрузке и уменьшения градиента скоростей усадки смежных слоев полукокса-кокса, имеется тенденция к снижению сернистости кокса.

Положительное влияние предварительной термической подготовки на качество кокса тем больше, чем меньше спекаемость шихты и больше выход летучих веществ из нее.

Производительность коксовой батареи может быть повышена на 40 %, расход тепла на коксование снижается на 10 — 12 %, в состав шихты может быть включено 20 — 25 % слабоспекающихся углей.

Термическая подготовка угольной шихты газовым теплоносителем имеет ряд недостатков, главными из которых являются большой объем теплоносителя, а значит большие объемы оборудования, энерго- и капиталоемкость, взрывоопасность.

Совмещенный процесс термической подготовки угольной шихты и тушения кокса. В результате поиска оптимального вида теплоносителя для предварительной термической обработки угольных шихт ВУХИНом (Б.И. Бабанин) разработана новая высокоэффективная технология термической подготовки шихты, предусматривающая использование в качестве теплоносителя для нагрева угольной шихты горячего кускового кокса, выдаваемого из коксовых печей.

Эта технология позволяет совместить в одном процессе термическую подготовку шихты и сухое тушение кокса. В результате в полной мере реализуются положительные эффекты, которые могут дать эти процессы и достигается: существенное уменьшение удельных капитальных вложений в коксовое производство; сокращение (на 40 %) расхода тепла на производство кокса; уменьшение выбросов вредных веществ в окружающую среду.

На теплообмен с угольной шихтой направляется кусковой кокс крупностью более 25 мм. Для этого выданный из печи горячий кокс предварительно подвергают сепарации с выделением коксовой мелочи. Выделенная коксовая мелочь крупностью менее 25 мм охлаждается водой. Прямой теплообмен между угольной шихтой и горячим кусковым коксом производится во вращающемся теплообменнике.

В результате теплообмена угольная шихта нагревается до 130 — 140 °С, а кокс охлаждается до 180 — 200 °С. Продолжительность теплообмена зависит от величины начальной температуры кокса и составляет 5, 0-7, 5 мин.

При перемешивании углекоксовой смеси в теплообменнике кокс подвергается мягкой истирающей механической обработке с образованием коксовой мелочи, имеющей такую же крупность, как нагретая угольная шихта.

После завершения теплообмена углекоксовая смесь подвергается грохочению для отделения нагретой шихты от охлажденного кокса. Нагретая шихта системой пневмотранспорта подается в накопительные бункера и далее поступает на коксование. Охлажденный кокс направляется на сортировку.

Частичное брикетирование угольной шихты

Анализ зарубежного опыта и работа первых отечественных установок позволяет сделать определенные выводы. Увеличение содержания брикетов повышает плотность насыпной массы частично брикетированных шихт. Увеличение содержания брикетов в шихте (и соответственно плотности всей шихты) приводит к росту прочности кокса при некотором снижении его крупности.

Промышленные исследования показали, что повышение содержания брикетов в шихте требует соответствующего (пропорционально плотности насыпной массы) увеличения периода коксования, или повышения температур в обогреваемых простенках.

С ростом количества брикетов в шихте увеличивается масса загрузки, снижается усадка при коксовании и пропорционально повышается усилие при выдаче кокса. Учитывая это, а также возможную сегрегацию брикетов в бункерах углезагрузочного вагона и печных камерах, оптимальным считают содержание брикетов в шихте на уровне 30 %. Постоянное их содержание обеспечивает стабильное качество кокса, режимы и условия эксплуатации коксовых печей.

Добавки органических веществ к шихте

При внесении в шихту для коксования оптимальных по качеству добавок органических веществ обычно пеков или масел (при соответствующем их расходе) можно повысить спекаемость углей и шихт. Эффективность действия добавок зависит от спекающих свойств углей. Ввод добавок к углям, обладающим достаточной спекаемостью (Ж, К, КЖ), не приводит к какому-либо заметному положительному эффекту. Для углей низкой спекаемости (Г, ОС, СС) и неспекающихся (ТД), действие добавки весьма ощутимо.

Целесообразным может быть введение добавки в угольные шихты с выходом летучих веществ не более 25 — 26% и толщиной пластического слоя не выше 12 — 14 мм. Количество добавки не должно превышать 10 % при оптимальном количестве обычно 4-5 %. Однако достаточно четкого критерия оценки добавок, как спекающего агента, пока еще нет, и конкретная задача выбора добавки решается, как правило, путем непосредственного определения.

Трамбование угольной загрузки

Коксование трамбованных шихт применяется в промышленном масштабе на ряде зарубежных коксохимических предприятий, обеспечивая получение доменного кокса из шихт со значительным (до 85 %) участием газовых углей.

Технология трамбования угольной шихты заключается в том, что шихта из угольных башен, находящихся над путями коксовыталкивателя, подается в трамбовочную камеру, расположенную на коксовыталкивающей машине. В этой камере происходит послойное уплотнение шихты падающими молотками. Процесс Уплотнения длится 3 — 4 мин. Полученный " угольный пирог" на поддоне, который является составной частью уплотнительной камеры, вдвигается в камеру коксования, поддон выдергивается из камеры коксования обратно в трамбовочную камеру, дверь камеры закрывается и процесс коксования начинается. Газы, выделяющиеся во время вдвигания пирога в камеру коксования, отсасываются через отверстия в своде камеры установкой, расположенной на специальном вагоне, передвигающемся по верху коксовой батареи. Эти газы сжигаются в топочной камере, установленной на вагоне, промываются и, освобожденные от пыли и несгоревших частиц, удаляются с температурой около 70 °С в атмосферу.

Повышение влажности трамбованной угольной шихты от 8 до 10 % положительно влияет на плотность получаемого пирога; при превышении 10 % - ной влажности прочностные свойства угольного пирога снижаются. В связи с этим на заводах, применяющих трамбование, влажность шихты должна быть стабилизована в пределах 8-10%.

С повышением степени измельчения шихты в пределах от 78 до 96 % содержания классов менее 3 мм уменьшается плотность и прочность угольного пирога на смятие и увеличивается прочность на срез. Оптимальной степенью измельчения шихты считается 90 — 92 % менее 3 мм, при этом массовая доля тонкодисперсных классов 0, 5 — 0 мм не должна превышать 35 %. Для достижения хорошей трамбуемости шихты необходимо содержание в ней твердых газовых углей ограничить 60 %.

Использование шихт с большой массовой долей этих углей необходимо компенсировать одновременно применением " мягких" углей типа ОС. Трамбование угольной шихты можно комбинировать с ее термической подготовкой и вводом органических добавок (Германия). Угольную шихту с высоким содержанием слабоспекающихся и неспекающихся компонентов (до 80 %) нагревают до 170 — 180 °С, смешивают с 6 — 7 % нефтяного битума и уплотняют в такой же трамбовочной машине, которая употребляется для трамбования влажной шихты. Технология загрузки в этом случае, как и в случае трамбования влажной шихты, При коксовании трамбованной термически подготовленной шихта продолжительность процесса увеличивается на 25 — 30 %, производительность коксовых печей возрастает на 35%.