Классификация и конструкции коксовых печей

Главными параметрами, характеризующими конструкцию современны: коксовых печей, являются:

1) Возможность использования отопительного газа. Печи комбинированные (" компаунд"), т. е. предназначенные для отопления или богатым, или бедным газами, в зависимости от условий производства, некомбинированные коксовые печи, имеющие устройства для отопления только одним из газов (богатым или бедным).

2) Способ подвода отопительного газа: боковой или нижний.

По этим признакам коксовые печи подавляющего большинства современных отечественных и зарубежных конструкций можно разделить и: следующие группы: печи комбинированные и некомбинированные; печи i боковым подводом отопительного газа и воздуха; печи с нижним подвод» отопительного газа и воздуха. Последние, в свою очередь, разделяются на: а печи с нижним подводом только богатого газа; б) печи с нижним подводом богатого газа и нижним регулированием бедного газа.

3) Различные схемы обогрева Схема обогрева — это способ соединения восходящего потока, где газ смешивается с воздухом и горит, и нисходящей потока дымовых газов, уходящих из зоны горения в регенераторы и далее в дымовую трубу. Конструктивно это выражается в соединении отопительных каналов, работающих на разноименных потоках, способах подвода воздуха отопительного газа к отопительным каналам, расположением и форме регенераторов и их взаимным соединением.

По схеме обогрева, в основном, определяющей особенности конструкции отопительных простенков, печи разделяются на системы: печи с парными вертикалами; печи с перекидными каналами; печи с групповым обогревом и t»^1-'' ным горизонтальным каналом. ₍6°" печи с различными схемами обогрева могут быть комбинированными и некомбинированными (с боковым или нижним подводом тепла). И 4) Печи с улавливанием химических продуктов коксования и печи без

вливания. _ _

Все однотипные элементы отопительной системы всех печей батареи должны быть идентичными, что обеспечит постоянство температур в Р° _н0йменных точках всех камер коксования, а значит и равномерность качества кокса вырабатываемого коксовой батареей.

Конструкции отечественных коксовых печей

В основном горизонтальные коксовые печи конструкции Гипрококса, следующих видов: печи с парными вертикалами и рециркуляцией, системы гтВР; ^{печи с} нижним подводом тепла НП; печи с перекидными каналами, системы ПК, ПК-2К и ПК-2К с рециркуляцией; печи с групповым обогревом истемы ГПК-49, которые могут использоваться как для коксования каменноугольного пека, так и для коксования углей.

Для перспективного способа производства формованного кокса и для коксования сланцев разработаны конструкции вертикальных печей.

Коксовые печи с парными вертикалами и рециркуляцией продуктов сгорания. Система ПВР.

Характерной особенностью этих печей является отопительный простенок, состоящий из попарно сгруппированных отопительных каналов. Каждая пара смежных вертикалов соединена вверху перевальным окном, а внизу рециркуляционным, для подачи части продуктов сгорания с нисходящего на восходящий поток (рис. 12).

В печах ПВР (комбинированных) под каждым отопительным простенком расположены два регенератора — один для доменного газа, другой для воздуха, каждый из которых соединен короткими соединительными каналами (косыми ходами) с вертикалами одного простенка и длинными — с вертикалами смежного простенка. Коксовый газ поступает через два газоподводящих канала (корнюра), проходящих в газораспределительной (корнюрной) зоне под всем отопительным простенком. Один корнюр подает газ в нечетные вертикалы, другой — в четные. В одну кантовку работает только один корнюр, поэтому в отопительном простенке горение газа происходит через вертикал в половине отопительных каналов, а половина отводит продукты сгорания. Нижний подвод тепла (нижнее распределение газа и воздуха) влечет за собой разделение регенераторных камер на отдельные секции, количество которых соответствует числу подводов.

Во всех системах горизонтальных коксовых печей подача тепла, а значит, отопительного газа и его распределение по длине отопительного простенка происходит раздельно по машинной и коксовой стороне. В связи с этим газоподводящая арматура и система отвода продуктов сгорания по сторонам коксовой батареи работают раздельно.

Рассмотрим движение газовых потоков в печах системы ПВР при обогреве различными газами. При обогреве коксовым газом (схема на рис. 12), если, например, работает нечетный корнюр, газ поступает в нечетные вертикалы простенка. Одновременно в этот простенок из одного регенератора по коротки, косым ходам, а из другого регенератора по длинным ходам поступает воздух.

Рис. 12. Схема горения коксового газа в печах системы ПВР

------ ► продукты горения; ---------- ► газ; ----------- ► воздух

1- камера коксования; 2- отопительный простенок; 3- подовый канал; 4-колосниковая решетка; 5- регенератор; 6- соединительный канал (косой ход) 7- газораспределительный канал (корнюр); 8- рециркуляционное окно; 9 вертикал; 10- перевальное окно; 11- смотровая шахточка; а-г- регенераторы

Образующиеся продукты сгорания из нечетных вертикалов через перевальные окна проходят в четные вертикалы, причем часть продуктов горения через рециркуляционное окно подсасывается в зону горения, удлиняя факел Продукты сгорания из четных вертикалов через соответствующие длинные и короткие косые ходы проходят в регенераторы и далее через подовые каналы боров. Через определенное время происходит кантовка. Таким образом, на каждый простенок работает четыре регенератора: два на восходящем потоке и 0 на нисходящем, а каждый регенератор, за исключением крайних, связан с двумя простенками.

По длине коксовой батареи регенераторы скомпонованы таким образом чтобы было как можно меньше стен, разделяющих разноименные потоки. В случае обогрева бедным газом корнюры, естественно, не работают. В этом случае бедный газ из регенератора по длинному косому ходу, а воздух из регенератора по короткому поступает, например, в четные вертикалы. Путь продуктов сгорания аналогичен пути при обогреве коксовым газом и последние попадают в регенераторы, которые связаны со смежным простенком. У печей ПВР - системы ширина камер коксования 407, 410 и 450мм; высота 4300, 5000, ^Э\(М) 6000мм; длина от 13120 до 16000мм. Соответственно отопительные простенки имеют 26-32 вертикала.

Построено значительное количество коксовых батарей системы ПВР с типичными полезными объемами камеры коксования от 20, 0 до 32, 6 м.

Коксовые печи с нижним подводом отопительного газа и воздуха, и нижним регулированием.

При строительстве новых коксовых батарей на отдельных новых площадках и при строительстве новых коксохимических заводов предпочтение отдается печам с нижним подводом. В этом случае коксовую батарею строят на железобетонной плите, опирающейся на колонны, расположенные на нижележащей фундаментной плите (рис. 13). В пространстве, образуемом двумя плитами и изолированном от влияния наружного воздуха, расположены газопроводы отопительных газов, арматура подвода газов и отвода продуктов сгорания.

Устройство камер коксования, отопительных простенков и перекрытия печей такое же, как и в печах системы ПВР. Главное характерное отличие печей с нижним подводом тепла заключается в том, что коксовый газ через специальные металлические патрубки, заложенные в железобетонной плите при строительстве, проходит в газоподводящие каналы (дюзы), выполненные в разделительных стенках регенераторов, и из них через горелки с калиброванным отверстием выходит в вертикалы (рис. 13). Это позволяет точно дозировать подвод тепла не только к каждому отопительному простенку, но и к каждому вертикалу.

Регенераторы в печах этой системы разделены на отдельные секции, которые соединительными каналами (косыми ходами) связаны каждая с определенным вертикалом. При обогреве доменным газом воздух из помещения под коксовой батареей (тоннель), где расположены все регулировочные устройства, под действием естественной тяги, создаваемой дымовой трубой, втягивается в клапаны, расположенные по сторонам подовых каналов, представляющих нижнюю часть воздушных регенераторов отопительных простенков. Доменный газ из газопровода поступает через газовые клапаны в подовый канал газового регенератора.

Подовый канал от регенератора отделен колосниковой решеткой с калиброванными отверстиями. Регулирование (распределение) потоков доменного газа и воздуха по секциям регенераторов осуществляется снизу через специальные отверстия в опорной плите и подовых каналах. Все секции каждого воздушного и газового регенераторов работают на одноименном потоке.

Нагретый газ и воздух по косым ходам проходят в вертикалы (восходящий поток). Образующиеся продукты сгорания поднимаются вверх по вертикалу, через перевальное окно в разделительной стенке между вертикалами, проходят в смежный вертикал, откуда по косым ходам проходят в соответствующие регенераторы, далее в подовый канал, отводящий продукты сгорания нисходящий поток) и уходят в дымовую трубу.

Рис. 13. Коксовая батарея с нижним подводом тепла

1 - загрузочные люки; 2- газоотводящие люки; 3- камеры коксования; 4 соединительные каналы (косые ходы); 5- регенераторы; б-газовоздушш клапаны; 7- борова; 8- нижняя фундаментная плита; 9- верхняя плита; 10 подовый канал; 11- газопроводы; 12- кантовочный кран; 13- коллекторы; 14 дюзы; 15- перегородки; 16- вертикалы; 17- смотровые шахточки. А- разрез ш камере коксования; Б- разрез по отопительному простенку

При обогреве коксовым газом схема обогрева отличается тем, что во все подовые каналы и секции регенераторов, работающие на восходящем потоке поступает воздух.

Стена регенераторов, в которой проходят вертикальные каналы (" дюзы" для подачи коксового газа в вертикалы, расположена под обогревательные простенком. Она является " опасной" разделяющей разноименные потоки в регенераторах. Таким образом, между осями двух смежных простенке» расположены два регенератора — газовый и воздушный, работающие я^; одноименном потоке.

Из этих регенераторов доменный газ и воздух по длинным и коротки) косым ходам (соединительным каналам) поступают в вертикалы обеЯ^! смежных простенков. Продукты сгорания отводятся в следующую пару регенераторов, работающих на восходящем потоке. Таким образом, как и впечах ПВР с одним простенком работают четыре регенератора

. Основным
систем ^ определения расположения газовых и воздушных косых ходов в

ориент р _{яется че}тность или нечетность печи.

просте _серийности выдачи 2-1 или 5-2, независимо от номера батареи, или нечетность печи определяется непосредственно по ее четно _{ниЮ на} батарее. При серийности выдачи 9-2 четность или нечетность ^^аСП педеляется по сумме двух последних цифр присвоенного номера, четная ^ПеЧИ цифр указывает, что печь четная и наоборот.

Простенки, расположенные справа от нечетной печи по ходу выталкивающей штанги коксовыталкивателя, являются четными, слева — ^В ртными' простенки, расположенные справа от четной печи, являются нечетными, слева — четными. Если счет печей идет справа налево, то четными окажутся те простенки, которые при обычном счете были нечетными. Под нечетными печами расположены газовые регенераторы, под четными — воздушные.

Косые ходы в вертикалах этих печей по своему положению делятся на располагающиеся по оси простенка и перпендикулярно его оси. Для определения расположения косых ходов, располагающихся вдоль оси простенка, необходимо воспользоваться следующим правилом: если номера вертикалов и простенков разноименны (четные вертикалы нечетных простенков и нечетные вертикалы четных простенков), газовый косой ход расположен к машинной стороне. Если номера вертикалов и простенков одноименные, то газовый косой ход расположен к коксовой стороне.

При расположении косых ходов перпендикулярно оси простенка газовый косой ход располагается слева по направлению выдачи кокса, если номера простенка и вертикала одноименные и справа, если номера вертикала и простенка разноименные.

В печах с нижним подводом тепла, полезным объемом камеры 41, 6 м³ расположение регенераторов чередуется в порядке — воздушный, газовый, воздушный и т. д.

Расположение косых ходов в каждом простенке находится в следующей зависимости. Воздушный косой ход располагается слева, независимо от четности простенка, а газовый косой ход справа.

На печах всех типов, обогреваемых бедным (доменным) газом, кладка газовых косых ходов в головочных вертикалах нагрета всегда до более высоких температур, чем кладка воздушных косых ходов. Такое различие в нагреве кладки газовых и воздушных косых ходов объясняется тем, что в газовые регенераторы, даже при хорошей изоляции фасадных стен, происходит подсос воздуха из тоннелей и часть горючих компонентов газа сгорает, повышая его температуру.

Поэтому кладка головочной части верха газовых регенераторов и газовых косых ходов нагревается до более высоких температур.

Построены и работают печи с нижним подводом, с полезным объемом камеры коксования 30, 0, 32, 6, 41, 6, и строится с объемом 51, 0 м³, с высотой камеры коксования до 7 м, шириной камеры 410, 450 и 480 мм, длиной до 16 м.

Печи с нижним подводом требуют более качественной очистки отопительного газа от примесей и более высокой культуры обслуживания.

Коксовые печи с перекидными каналами. Системы ПК. Главным, отличием всех систем с перекидными каналами является то, что горение отопительного газа осуществляется одновременно во всех вертикалах одног₀ отопительного простенка, а дымовые газы через выполненные в зоне перекрытия печей - перекидные каналы переходят в смежный простенок ^ нисходящий поток и через косые ходы и регенераторы, расположенные на» смежным простенком, уходят в борова и дымовую трубу. Печи с перекидньщ_и каналами были в 30-40 годах самой распространенной конструкцией, g настоящее время работают коксовые батареи с перекидными каналами систем ПК, ПК-2К, комбинированные и некомбинированные для отопления только бедным газом. Типичная конструкция печей системы ПК-2К (печи _с перекидными каналами двухкорнюрные представлены на рис. 14 и 15).

Воздух и доменный газ через регенераторы и косые ходы попадают в вертикалы отопительного простенка (схема на рис. 15). Продукты сгорания из вертикалов, работающих на восходящем потоке, собираются в сборном горизонтальном канале, разделенном по длине простенка на шесть секций, объединяющих по 4-5 вертикалов. Каждая секция обслуживается одним перекидным каналом, по которому продукты сгорания попадают в соответствующую секцию сборного горизонтального канала, через косые ходы, проходят в регенераторы, работающие на нисходящем потоке. Газовые регенераторы обслуживают по два простенка, у каждого простенка свой воздушный регенератор. Такая компоновка позволяет уменьшить число опасных стен, разделяющих разноименные потоки.

Рис. 14. Коксовая батарея системы ПК- 2К

1- камеры коксования; 2- отопительный простенок; 3- соединительный канал (косой ход); 4- регенератор; 5- колосниковая решетка; 6- подовый канал; 7-борова; 8- вентиляционный боров; 9- газоподводящий канал (корнюр); 10-секционный сборный горизонтальный канал; 11- перекидной канал

Рис. 15. Схема горения коксового газа в печах системы ПК- 2К с рециркуляцией

----- ► продукты горения; ----------- ► воздух; -------- > • коксовый газ

1- камера коксования; 2- отопительный простенок; 3- соединительный канал (косой ход); 4- газоподводящий канал (корнюр); 5- регенератор; 6- подовый канал; 7- перекидные каналы; 8 - рециркуляционные каналы.

Каждые два простенка работают попарно, поэтому в печах системы с перекидными каналами обязательно должно быть четное количество простенков. При обогреве печей коксовым газом оба регенератора — газовый и воздушный работают на подогрев воздуха (схема на рис. 15).

В печах ПК всех систем воздушные регенераторы размещены под нечетными печами, над которыми проходят перекидные каналы, газовы_е регенераторы под четными печами.

В простенке печей системы ПК все косые ходы располагаются перпендикулярно оси простенка, газовые косые ходы размещаются в сторону четной печи, а воздушные косые ходы — в сторону нечетной.

На печах ПК-2К косые ходы располагаются параллельно оси простенка. В нечетных простенках газовые косые ходы расположены в направлении на машинную сторону, в четных — на коксовую сторону.

Коксовый газ подается в отопительные каналы каждого простенка через два газоподводящих канала (корнюра), которые, в отличие от печей системы ПВР, работают одновременно, один подает газ в четные, другой в нечетные вертикалы.

Для улучшения равномерности прогрева угольной загрузки по высоте в печах ПК-2К осуществляется рециркуляция продуктов сгорания по системе Н. К. Кулакова. Для этого в разделительных стенках между вертикалами выполнены специальные каналы (один или два). Из верхней части вертикала продукты сгорания через рециркуляционный канал подсасываются в нижнюю часть вертикала, удлиняя факел горения.

При строительстве новых коксохимических заводов и новых батарей на отдельных площадках печи этих систем не строят. Основное количество печей различных систем с перекидными каналами имеет полезную вместимость камеры 21, 6 и 20, 0 м³. Длина камеры 13-14 метров, 26-28 вертикалов, высота 4, 3 м, ширина камеры 407, 410 мм.

Коксовые печи с групповым обогревом. Схема обогрева этих печей, работающих только на богатом газе, представлена на рис. 16.

Рис. 16. Схема горения коксового газа в печах с групповым обогревом

------ ► продукты горения; ---------- -*• воздух ------- > ■ газ

1- камера коксования; 2- отопительный простенок; 3- подовый канал; 4 регенератор; 5- соединительный канал (косой ход); 6- газоподводящий канал (корнюр); 7- сборный горизонтальный канал; 8 - смотровая шахточка; 9-истр' Ю- вертикалы; 11 - колосниковая решетка; 12 - " опасная" стенка.

Отличительной особенностью этой конструкции является то, что горение осуществляется одновременно во всех вертикалах отопительных простенков поочередно с машинной и коксовой стороны. Продукты сгорания по сборному горизонтальному каналу, расположенному в верхней части отопительного простенка и проходящего по всей его длине, проходят в вертикалы стороны, находящейся на нисходящем потоке, через косые ходы уходят в регенератор и далее через подовые каналы в боров.

Коксовый газ через один корнюр, расположенный в основании простенка, подводится к вертикалам одной из сторон простенка (машинной или коксовой). Соответственно этому все регенераторы этой стороны работают на подогрев воздуха, а все регенераторы противоположной стороны (нисходящий поток) отводят продукты сгорания, поэтому " опасной" стенкой, разделяющей разноименные потоки, является центральная перегородка в регенераторе.

У печей этой системы, предназначенных для коксования углей, три загрузочных люка и один газоотводящий с машинной стороны.

В случае использования таких печей для коксования пека газоотводящий люк расположен посередине камеры коксования и соответственно газосборник расположен по оси батареи.

Нормативный амортизационный срок службы коксовых батарей составляет 20- 25 лет, но некоторые батареи работают меньше 15 и больше 40 лет (пекококсовые 7-10 лет). Производительность одной печи по коксу 0, 57-2, 0 т/ч, 5-15 тыс. т/год при производительности одной коксовой батареи от 200 тыс. до 1 млн. т/год.

Вертикальные коксовые печи

Предназначены для коксования углей, в основном, для производства недоменного кокса из крупнокусковых неспекающихся или слабоспекающихся углей, для коксования сланцев и для коксования угольных формовок в процессе производства доменного формованного кокса.

Наибольшее распространение получили печи с внешним обогревом, в которых теплоотдача от сгорающего в отопительном простенке газа к коксуемому материалу, осуществляется через стенку. На рис. 17 представлена схема вертикальной коксовой печи с внешним обогревом. Отопительный простенок перегородками разделен на горизонталы.

Каждая печь представляет собой вертикально расположенный агрегат, группа из 4-7 печей (батарея) устанавливается на железобетонной плите, опирающейся на основные и вспомогательные колонны. Под фундаментной плитой расположены разгрузочные устройства печей. Разгрузка производится отдельными порциями объемом 1 м", которые пропускаются через систему последовательно установленных бункеров с затворами.

В соответствии с технологией коксования в вертикальных печах в направлении сверху вниз по температурному режиму различаются четыре зоны: нагрева, коксования, выдержки и охлаждения. В соответствии с этим каждая зона может иметь разную толщину стен и может быть выполнена из разных, материалов.

Отопительная система печей (рис. 17) характеризуется: прямоточным движением газовых потоков, при котором осуществляется одновременно горением коксового газа во всех обогревательных каналах с одной стороны отопительного простенка и отводом продуктов сгорания с другой расположением регенераторов по сторонам печи. В некоторых конструкциях регенераторы располагаются ниже уровня печей. В одну кантовку коксовый газ подается в четные горизонталы с одной стороны, а в нечетные подается из регенераторов воздух, который через отверстия проходит в четные горизонталы. Продукты сгорания отводятся в регенераторы и далее через боров в дымовую трубу, через 20-30 минут происходит кантовка и направление газовых потоков. Высота камер такого типа печей составляет 8-12 м, ширина 400-450 мм, длина 3-5 м.

Разрабатываются проекты вертикальных коксовых печей с внешним и внутренним обогревом.

Рис. 17. Вертикальная коксовая печь

1- загрузочное устройство; 2- загрузочные люки; 3- камера коксования; 4- горизонталы; 5- коллектор коксового газа; 6- разгрузочное тушильное устройство; 7- транспортер выдачи готового продукта; 8- опорные колонны; 9- газопровод коксового газа; 10- газовоздушный клапан; 11- регенераторы; 12- дымовая труба; 13- анкераж

Основные зарубежные конструкции коксовых печей

За рубежом строятся и эксплуатируются принципиально такие же горизонтальные, периодические, регенеративные коксовые печи с боковым и нижним подводом тепла (отопительного газа), комбинированные и некомбинированные системы обогрева, в основном, с парными вертикалами, с групповым обогревом.

Камера коксования печей зарубежных конструкций, в основном, имеет следующие размеры: длина 13-16 м, высота 4, 5-7, 8 м, ширина 420-590 мм, полезный объем 23-80 м.

Печи с групповым обогревом имеют как две, так и четыре и более групп вертикалов, работающих на одноименных потоках, поэтому регенератор может быть разделен по длине на соответствующее количество секций.

Конусность камеры коксования значительно больше, чем в конструкциях Гипрококса и составляет 60-80 мм. Толщина стен коксования 80-115 мм, по сравнению с отечественной, которая составляет 105-115 мм. Применяемые огнеупоры имеют повышенную теплопроводность (2, 2-3, 9) ВТ/(м-К), в том числе благодаря добавкам в динасовый материал при изготовлении некоторых количеств оксидов меди и железа. Для обеспечения равномерности обогрева по высоте камеры коксования практически в каждой конструкции применяется подвод отопительного газа в вертикалы на разной высоте, путем установки высоких горелок для газа и специальных каналов для подвода воздуха в разделительных стенках вертикалов на разной высоте.

Что хорошо видно на примере конструкций коксовых печей систем Сумитомо (Япония) (рис. 18), Штилль (рис. 19) и Вилпутт (рис. 20).

В печах системы Штилль подвод воздуха осуществляется через каналы, расположенные в разделительных стенках вертикалов, в печах Сумитомо коксовый газ подается через высокие горелки. В обеих конструкциях имеется сборный горизонтальный канал по всей длине простенка. Печи последних конструкций имеют 4-5 загрузочных люков в случае коксования влажной угольной шихты насыпным способом и 2 загрузочных люка в случае коксования термически подготовленной. Как правило, в печах последних конструкций имеется только один газосборник, расположенный с машинной стороны.

Рис. 18. Коксовая батарея системы Сумитомо (Япония)

1 - сборный горизонтальный канал; 2- вертикалы; 3- газораспределительная зона; 4- секционный регенератор; 5- рабочая площадка; 6- газовоздушный клапан; 7- дымовой боров; 8- газопровод доменного газа; 9- газопровод коксового газа; 10- воздухоподвод; 11- дюзовые каналы; 12- нижняя плита; 13-верхняя плита; 14- коллекторы коксового гааза; 15- газосборник; 16- стояк; 17-камера коксования

Рис 19. Коксовая батарея системы Штилль (Германия)

1- борова; 2- регенератор; 3- перегородки вертикалов; 4- сборный горизонтальный канал; 5- газосборник; 6- подвод воздуха в вертикалах на разной высоте; 7- подвод коксового газа; 8- камеры коксования; 9- насадка регенераторов; 10- подовые каналы.

Рис. 20. Коксовая батарея системы Вилпутт (Канада)

! ■ боров, простенок: ^лЮки

2- газовоздушный клапан; 3- регенераторы; 4- отопительный 5- камеры коксования; 6- смотровые шахточки; 7- газоотводящие загрузочные; 8- люки; 9- сборный горизонтальный канал; 10- колосниковая решетка; 11- подовый канал; 12- верхняя плита; 13- газопровод коксового газа; 14- нижняя плита; 15- опорные колонны; 16- газопровод доменного газа.