Основные положения гидравлического режима коксовых печей

Гидравлический режим, т.е. регламентированное распределение давлений в камере коксования и отопительной системе коксовых печей, является основным фактором, определяющим необходимый срок их службы. С начала эксплуатации объем камеры коксования полностью отделен от отопительного простенка и теоретически они не должны сообщаться. Однако на практике даже самая совершенная каменная кладка, какой является кладка коксовых печей, не может быть абсолютно плотной. В ней могут быть пустые швы, со временем образуются трещины и при даже очень небольшой разнице давлений в камере коксования и отопительных простенках, может наблюдаться переток газовых и воздушных потоков через неплотности кладки камеры коксования.

В начале процесса коксования, когда из шихты происходит бурное выделение газообразных продуктов, избыточное давление в камере может достигать 6-8 кПа. При этом парогазовые продукты проходят через трещины в кладке, или неплотности дверей коксовой печи, разлагаются, заполняя их графитом, и, таким образом, камера коксования полностью отделяется от отопительной системы и атмосферы.

В конце периода коксования количество выделяющихся газообразных продуктов резко снижается (выход летучих веществ в коксе 1 %). В результате может создаваться такое положение, когда давление газов в камере коксования станет меньше атмосферного и меньше давления в отопительной системе – в этом случае кислород воздуха в отопительных простенках и регенераторах на восходящем потоке может способствовать выгоранию графита в пустых ш трещинах и других неплотностях раскаленной кладки простенков. Процесс будет происходить с углеродистыми отложениями, уплотнившими двери печей. После того, как углерод выгорит, кислород воздуха, проходя в камеру коксования и соприкасаясь с раскаленным коксом, вызовет его интенсивное горение. В местах горения развивается высокая температура до 600 °C Основные соединения золы кокса, реагируя с кислой кладкой, дадут легкоплавкое соединение. Таким образом, в этом месте кладка камеры ошлакуется и при выдаче коксового пирога поверхность кладки разрушится.

При новой загрузке камеры шихтой, процесс повторится. Вначале через заграфиченные неплотности кладки значительное количество парогазовых продуктов будет поступать в отопительную систему, гореть, особенно в регенераторах восходящего потока, заполненных воздухом, в отопительных простенках, где газ сжигается с избытком воздуха.

После заграфичивания кладки и уменьшения количества выделяющихся газов процесс пойдет в обратном порядке. При многократном повторении этих явлений в кладке камер коксования могут образовываться прогары, насадка регенераторов может быть оплавлена.

В 1938 г инженером Р.З. Лернером были разработаны принципы гидравлического режима коксовых печей, внедрение которых в практику, позволило упорядочить работу и значительно продлить срок эксплуатации коксовых печей. Эти принципы исходят из того, что соотношение давлений в камере коксования и отопительной системе должно быть таким, чтобы после загрузки угольной шихты исключалась малейшая возможность попадания воздуха из отопительной системы или атмосферы в камеру коксования. Допускается только возможность относительно небольшого попадания газообразных продуктов коксования в отопительную систему, что в результате приводит к заграфичиванию кладки и, значит, повышению ее плотности.

Основные принципы гидравлического режима коксовых печей: давление на поду камеры коксования в конце коксования должно быть положительным; давление на поду камеры к концу коксования всегда должно быть больше давления в верхней части регенератора, работающего на восходящем потоке; распределение давлений по высоте отопительной системы должно быть постоянным в пределах одного периода коксования.

На практике эти основные положения с небольшими изменениями Уточняющего характера осуществляются следующим образом.

Правилами технической эксплуатации коксовых печей устанавливается минимально допустимое давление на поду камеры коксования перед подготовкой ее к выдаче кокса — 5 Па

Естественно, что если в камере коксования в нижней ее части давление, ^в любой точке камеры расположенной выше, давление будет больше на личину гидростатического подпора, который зависит от высоты (разности ^°т) подъема и разности температур газа в камере и наружного воздуха. Гидравлический режим камеры коксования определяется режимом работы сборников. Давление газа в газосборниках устанавливается таким, чтобы обеспечено, как было указано выше, превышение давления газа на поду, камеры коксования над атмосферным давлением не менее чем на 5 Па и не чем на 30 Па. Давление газа у стен камеры коксования и давление газа в газосборнике, начиная примерно с третьего часа после загрузки, связаны м собой следующей зависимостью: Pi = P2-h(p_B- р,)+ZAP, где Р/ — давление га стенок камеры коксования на уровне пода, Па; Рг — давление газа в газосборнике, Па; h(p_B-p_r) — гидростатический подпор столба газов высотой if в котором р_в — плотность воздуха и р, — плотность газа в кг/м³. При плотности 1, 293, плотности коксового газа в камере р_г = 0, 35 кг/м и пересчете температуру газа 800 С разница составит:

1 пог.метр высоты гидростатический подпор составляет 11, 77 Па.. Эту величин можно принять за постоянную (практически, для расчетов 12 Па). ZAP - суммарно сопротивление при движении газов из камеры коксования к месту отвода их и газосборника.

Это сопротивление складывается из двух величин: SAP' и £ ДР". Одна из них (ZAP') представляет сопротивление на пути движения газа из камеры до входа в газосборник и является для всех печей, независимо от их положения по длине батареи, постоянной величиной, которой при нормальном состоянии стояков, колен и клапанов можно пренебречь, как относительно небольшой. Другая величина (ZAP") представляет сопротивление самого газосборника и является переменной в зависимости от положения камеры по длине батареи и тем больше, чем дальше расположена камера от места отвода газа из газосборника. Для крайних печей, по концам газосборника может доходить до 30 - 50 Па. При данных значениях Р₂, h(p_B-p,) и постоянной величине £ ДР' минимальное давление у стенок камер будет в камере, расположенной под отводом газа из газосборника на уровне ее пода. Поэтому, если на уровне пода у стенок камеры, расположенной под отводом газа из газосборника, установлено давление 5 Па, то это гарантирует в остальных камерах положительное давление по всей их высоте.

Для печи, расположенной под отводом газа из газосборника, при ZAP" = О можно, пренебрегая значением ZAP', с достаточной точностью определить необходимую величину давления в газосборнике по сумме заданного давления у стенок камеры на поду и гидростатического подпора, принимая его равным 12 Па на 1 м высоте: Р₂ = Р; + l, 2h.

Пример: чтобы получить давление газа у стенок камеры на уровне пода 5 Па, при разности в отметках пода камеры и газосборника h = 9 м, необходимо установить давление в газосборнике: Р₂ = 5 + (1, 2x9) =113 Па, а при h = 11 м: •:

— 5 + (1, 2x1, 1) = 137 Па. Определенная расчетом по указанной методике, величина давления газа устанавливается в газосборнике и подлежит обязательной корректировке, учитывая, что значение SAP' не было принято при расчете во внимание, а действительные величины температуры и удельной плотности газа, как и удельной плотности воздуха, в производственных условиях имеют разные значения в зависимости от температурного режима, времени года и так далее-Давление газа в газосборнике на вновь введенной в эксплуатацию батарее окончательно уточняется на протяжении 3-5 дней после пуска и устанавливаете на 30-50 Па выше необходимого на период полного заграфичивания кладки - давление газа в газосборниках может колебаться из-за неравномерности отсоса коксого газа, в связи с этим приходится увеличивать расчетную величину этого давления для того, чтобы не допустить появления разрежения на поду камеры коксования. Величина такой поправки составляет обычно 30 - 40 Па.

Контрольный замер давления газа на уровне пода камеры производится 15 мин до выдачи кокса. Установленное давление газов в газосборниках должно поддерживаться при помощи автоматических регуляторов с колебаниями от заданной величины ±10 Па.

При центральном и боковом отводе газа из газосборников рекомендуется автоматический регулятор на общем отводе включать в работу с отбором импульса давлений из газосборника машинной стороны. Равномерность давления раза в газосборниках определяется также стабильностью отсоса машинным залом. Отсос может контролироваться по величине разрежения на начальном от печей участке газопровода, колебания разрежений не должны превышать ± 10 Па.

Второй принцип гидравлического режима осуществляется поддержанием соответствующего давления (разрежения) в верхней зоне регенераторов, т.е. в наднасадочном пространстве. Величина разрежения в этой точке может быть определена из выражения Р" " ¹" = Р_трт - Р„ + £ АР_С Па; где Р°^е1" - разрежение в верхней зоне регенератора на восходящем потоке, Па; Р»^ — давление в верхней точке отопительной системы (под крышкой смотрового лючка), Па; Р_н — гидростатический подпор на участке от верхней зоны регенератора до крышки смотрового лючка, Па.

Р„=п(р„х273/273+1_В- p, x273/273+t!), где h - высота участка от верха регенератора до смотрового лючка; Р„ — сопротивление на всем участке отопительной системы от верхней зоны регенератора до крышки смотрового лючка; р _в и р _г — соответственно, удельные плотности воздуха и газа; t_B и t_r — их температура, °С.

На практике Р_н это в основном сопротивление косых ходов, которые для современных систем коксовых печей могут составлять 15-20 Па. Расчеты показывают, что разрежение в верхней зоне регенераторов, работающих на восходящем потоке, составляет 50 - 60 Па.

Увеличение или уменьшение разрежения в отдельных участках отопительной системы коксовых печей соответственно изменяет поступление в систему газа и воздуха.

Например, при обогреве бедным газом (доменным, генераторным) Уменьшается разрежение в верхней зоне газового регенератора на восходящем потоке, без изменения разрежения в сопряженном воздушном, вызовет увеличение поступления в отопительный простенок газа и уменьшение коэффициента избытка воздуха, так как воздуха будет идти прежнее количество. Поэтому обогрев коксовых печей, особенно равномерность поступления в каждый простенок газа и воздуха, одинаковые температуры, а значит одинаковое качество кокса во всех печах батареи, при постоянном во всех печах периоде коксования, регулируется установлением определенного разрежения в соответствующих участках отопительной системы печей. Р Это как раз и устанавливает третий принцип гидравлического режима. сди распределение давлений по высоте отопительной системы коксовых печей будет постоянным, в пределах одного периода коксования, значит, постоянным будет поступление газа и воздуха, условия заграфичивания кладки, кач кокса и будет обеспечена продолжительная высокопроизводительная п коксовой батареи. В коксовых печах конструкции Гипрококса, при соблюдении таких принципов гидравлического режима просачивание газов через неплотности кладки минимально и потери сырого коксового газа составляют не более 2 S о^И Следует отметить, что в зарубежной практике давление в газосборниках коксовых печей поддерживается небольшим, на уровне 20 - 60 Па и пот * коксового газа в отопительную систему составляют 8 - 10%.