Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Коксовые печи




Коксование – процесс высокотемпературного нагрева углеводородов без доступа воздуха.

В Украине – стране с мощной металлургической базой, ежегодно производится более 18 млн.т. кокса. Этот кокс в основном используется в доменном производстве, при выплавке чугуна. Отходы кокса (коксик) используется в кузнечном производстве, в машинах по обогащению руд и т.д.

Для получения высококачественного кокса, используется смесь нескольких сортов углей с малой зольностью: газовые, жирные, спекающиеся и т.д.

Кокс получают путем нагрева этих углей до 1000˚С, в течении 14-16 часов в специальных камерах коксования, щелевидного типа.

При нагреве из углей выделяются летучие вещества (эфиры, бензолы, водород, углеводороды, смолы, ароматические углеводороды, аммиак и т.д.). Смесь этих газов называются – прямой коксовый газ, который удаляется из печи с максимальной температурой до 800˚С.

Прямой коксовый газ направляется на очистку, после чего обработанный коксовый газ направляется в газосборник.

Побочные продукты коксования, добываемые из прямого коксового газа, являются ценным химическим сырьем, которое используется в различных отраслях промышленности.

Очищенный коксовый газ – высококалорийное топливо с теплотворной способностью 17-18,5 Мдж/м3. Этот газ имеет следующий средний состав: , , , , до , до 4% СnHm.

Для уменьшения балластных и вредных примесей угли, перед коксованием, обогащают на специальных обогатительных фабриках, с целью уменьшения зольности до 7-8%.

При коксовании одной тонны коксующихся углей в среднем получают 700-750 кг кокса, 300-320 м³ прямого коксового газа, до 35 кг смол, до 11 кг бензолов, до 3 кг сульфата аммония и т. д.

Сера и зола углей остается в коксе, несколько ухудшая его качество. Теплотворная способность кокса 31-33 Мдж/м3. Кокс, по сравнению с углями, имеет большую механическую прочность, и высокую пористость, что обеспечивает большую реакционную способность при восстановительных процессах в доменной печи.

 

Принцип действия коксовой печи

Шихта, состоящая из смеси углей, с помощью углезагрузочного вагона подается в камеру коксования через верхние загрузочные окна.

Время коксования 14-16 часов. Выдача кокса производится по циклическому графику.



Кокс выгружается из печи со средней температурой около 1000˚С и при контакте с воздухом начинается процесс горения. Для уменьшения температуры кокса после выгрузки из печи (тушения кокса) ниже 250˚С, когда исключается самовозгорание, применяют два способа тушения:

- мокрое тушение, когда вагон с раскаленным коксом подается в тушильную башню, где расположена оросительная система, отстойники и вытяжная труба. Вода подается на поверхность раскаленного кокса, вызывая на его поверхности явление теплового удара. Часть кокса при этом растрескивается и осыпается. Потушенный кокс выгружается, подсушивается за счет внутреннего тепла и подается на сортировку.

- при сухом способе тушения, раскаленный кокс выгружается в специальный вагон, который подается в приемный бункер установки сухого тушения кокса (УСТК). Тушение кокса производится циркулирующим инертным газом, который подается в нижнюю часть камеры тушения. Раскаленные газы с температурой до 800˚С поступают в котел-утилизатор, откуда с температурой около 200˚С направляются на газоочистку и снова в камеру тушения. УСТК рассчитывается на обслуживание одной коксовой батареи.



Коксовая батарея включает в себя 60-70 камер коксования. Камера коксования представляет собой узкую щель 45-55 см шириной, до 7 м высотой и до 19 м длиной.

 

Рис __. Разрез коксовой батареи и схема движения газов

__________-

________

 

Кладка камер коксования производится из динаса. Топливо сжигается в простенках между камерами коксования. В качестве топлива может использоваться доменный газ, коксовый газ или их смесь.

В нижней части коксовой батареи размещены регенераторы для подогрева воздуха и топлива. При использовании, в качестве топлива, коксового газа подогрев топлива не проводится. Переключение регенераторов с режима нагрева насадки в режим дутья осуществляется каждые 15-20 минут с помощью перекидных клапанов.

Шихта загружается в печь специальным вагоном через верхние люки (3-4 шт).

В зависимости от конструкции отопительного простенка, коксовые печи бывают:

- с перекидными клапанами (ПК);

- с парными вертикалами (ПВР) в отопительных простенках и с рециркуляцией продуктов сгорания.

Печи с перекидными клапанами дают существенную неравномерность по высоте камеры коксования, большее время коксования и повышенный удельный расход топлива.

В печах типа ПВР, каждый отопительный простенок разделяется на парные каналы (вертикалы) с рециркуляцией продуктов сгорания через рециркуляционные окна, внизу под камерой коксования. Рециркуляция осуществляется за счет инжектирующего действия газовоздушных струй и разности плотностей продуктов сгорания в смежных вертикальных каналах. В рециркуляции принимает участие до 40% продуктов сгорания. Рециркуляция продуктов сгорания несколько снижает температуру в зоне горения, но в тоже время зона горения растягивается, что снижает неравномерность обогрева простенков по высоте до 50-70˚С.



 

Тепловой баланс

Примерный тепловой баланс коксовой печи при отоплении доменным газом приведен в табл __

 

Таблица __

Приход % Расход %
Химическое тепло топлива, Qx 52-53 Физическое тепло уносимое коксом, Q''м 37-38
Физическое тепло топлива, Qф 22-23 Физическое тепло уносимое коксовым газом Qкокс.т. 33-34
Физическое тепло воздуха, Qф.в 25-26 Потери тепла с уходящими газами, Qух.г.. 21-22
Физическое тепло шихты, Q'м Потери тепла через кладку, Qкл 7-8
    Прочие потери (химический недожог, механический недожог, аккумуляция тепла кладкой и т.д.) Qх.н. ,Qм.н , Qакк. 1-2

 

В современных коксовых печах коэффициент использования топлива составляет 80-85%. Удельный расход тепла (топлива) на коксование зависит от влажности шихты, теплового режима и типа топлива. При отоплении коксовым газом удельные затраты тепла на 12-14% ниже, чем при сжигании доменного газа.

Повышение эффективности процесса коксования.

Повышение эффективности работы коксовых печей в первую очередь связано с утилизацией тепла раскаленного кокса, в установках сухого тушения кокса (УСТК). При тушении кокса водой все тепло кокса теряется, загрязняется атмосфера, ухудшается качество кокса и до 5% его крошится и идет в отсев.

В УСТК (Рис__) тепло кокса утилизируется с целью получения пара энергетических параметров Р1=40-45 бар, t1 = 450 ºC. Паропроизводительность котла утилизатора УСТК зависит от производительности коксовой батареи и достигает 20-50 т/ч.

 

Рис__ Схема установки для использования физической теплоты раскаленного кокса

1 – камера сухого тушения кокса; 2 – газоход с инерционной решеткой очистки циркулирующих газов; 3 – котел утилизатор в виде конвективной шихты; 4 – циклоны для сухой очистки газов; 5 – тягодутьевая установка.

 

Камера сухого тушения кокса футеруется огнеупорными материалами. Из камеры тушения газы выходят с температурой 800˚С и охлаждаются в утилизаторе до 180-200˚С.

Основные мероприятия по повышению эффективности работы коксовой печи:

1. Утилизация тепла прямого коксового газа, ( в настоящее время не ведется в связи с наличием в газе смолистых и особо ценных химических веществ).

2. Применение тепловой изоляции позволяет снизить потери тепла кладкой до 6-7% от общих затрат тепла. Потери тепла кладкой, как правило, не превышают 10% затрат тепла на коксование.

3. Более полное использование теплоты продуктов сгорания путем совершенствования конструкции насадки регенераторов с целью увеличения удельной поверхности нагрева.

4. Утилизация физического тепла кокса в УСТК.

5. В настоящее время прорабатывается вопрос использования способа коксования для утилизации мусора крупных городов.

 

Доменные печи

Предназначены для получения чугуна из шихты, путем восстановления железа из окислов. В состав шихты входит: железная и марганцовая руда, кокс, флюсы, известняк (доломит). Перед загрузкой в доменную печь шихта просеивается, с удалением мелких фракций. Общая схема доменного производства показана на рис.­­____

 

 

Топливом для доменной плавки служит кокс, который выполняет также функции восстановителя железа из окислов и облегчает прохождение газового потока через шихту доменной печи.

Флюсом называют добавки к шихте, необходимые для понижения температуры плавления пустой породы, золы кокса и придания шлаку, требуемых технологией выплавки чугуна физико-химических свойств. В качестве флюса чаще всего используют известняк, доломит и их смесь, которые содержат оксиды кальция и магния.

Для повышения технико-экономических показателей доменной плавки исходные материалы шихты подвергают специальной подготовке. Кокс подвергают сортировке и отсеивают мелкие фракции; железную руду дробят, сортируют, обогащают и обжигают, частично удаляя пустую породу и вредные примеси. Перед обжигом в железный концентрат добавляют марганцевую руду и флюсы. После обжига получают кусковой материал агломерат или окатыши, которые также просеивают. При агломерации происходит частичное восстановление железа из окислов.

Доменный процесс представляют собой совокупность механических, физических и физико-химических процессов, протекающих в доменной печи. В результате процессов, протекающих в доменной печи, из шихты получают чугун, шлак и доменный (колошниковый) газ.

В доменных печах можно также получить ферросилиций и ферромарганец, которые используются в сталеплавильном производстве как присадки соответствующих элементов.

Продольный разрез доменной печи показан на рис. 2.

 

Рабочее пространство доменных печей круглого поперечного сечения, конусообразной формы, объемом от 1000 до 5000 м3.

Конструкция доменных печей и скорость физико-химических процессов в ней существенно зависит от работы воздухо-дутьевой системы печи. В доменную печь воздух дутья подается под избыточным давлением до 350 кПа и с температурой до 1250ºС. С повышением давления дутьевого воздуха и температуры дутья повышается скорость восстановительных реакций в доменной печи и повышается ее производительность. При этом мощность паротурбинных установок привода воздуходувок может достигать 30 МВт.

 

 

Учитывая высокое избыточное давление в рабочем пространстве печи, обмуровка печи помещается в сплошной металлический кожух, состоящий из ряда цилиндрических и конических поясов с максимальной толщиной металла в зоне лещади и горна до 40 мм выполненного из малоуглеродистой или низколегированной стали.

Огнеупорная кладка уменьшает тепловые потери и предохраняет кожух от воздействия высоких температур, агрессивного воздействия продуктов плавки и двигающейся шихты. Материал кладки огнеупоров выбирается в зависимости от температурного уровня и условий эксплуатации. Верхняя часть( колошник ), зоны заплечиков, распара и шахта печи испытывают воздействие ударных нагрузок при засыпке материалов и истирающему (абразивному) износу от движущейся шихты. Эта часть печи футеруется шамотным огнеупором класса А и Б.

Зоны лещади и горна наиболее ответственные участки доменной печи.

Нижнюю часть лещади выкладывают графитизированными блоками толщиной до 1,8 м и высокоглиноземистым или магнезиальным кирпичом толщиной до 3,5 м, которые непосредственно контактирует с расплавом чугуна. Зона горна футеруется графитовыми блоками, шамотным и высокоглиноземистым огнеупором.

Наиболее теплонапряженные участки (распар, заплечики, горн) оборудованы системой испарительного охлаждения, что позволяет значительно увеличить срок службы обмуровки печи, который достигает 4-х лет непрерывной эксплуатации.

Процесс восстановления железной руды идет с постепенным переходом окислов от высших ступеней к низшим.

Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe

В качестве восстановителя железа выступает кокс, оксид углерода СО и водород. Однако восстановленное железо частично поглощает избыточный углерод (науглераживается) и в виде чугуна стекает в горн доменной печи, где постепенно накапливается. В составе чугуна содержится до 4% углерода и 1,5-2% других примесей: кремния, серы, фосфора и т.д. . Расплавленные примеси, зола кокса вместе с флюсами, образуют жидкотекучий шлак, который скапливается в горне над поверхностью чугуна. Из горна чугун и шлак периодически выпускают через чугунные и шлаковые летки.

В процессе доменной плавки образуется значительное количество доменного (колошникового) газа, до 2500÷2800 м3 на 1 т чугуна. Состав этого газа зависит от условий плавки и дутья, но в среднем газ имеет следующий состав: 28÷32% CO; 10÷14% CO2; 55÷59% N2; 0,4÷0,6% CH4; 1,5÷2,5% H2.

Доменный газ – ценное энергетическое сырье, которое используется как топливо, в нагревательных печах, коксовых батареях, в доменных воздухонагревателях, на ТЭЦ металлургических комбинатов. Газ используется после очистки от колошниковой пыли, количество которой достигает 20÷60 г/м3газа. Пыль после прессования направляется на агломерацию, как один из компонентов агломерационной шихты. Колошниковая пыль содержит до 55% окислов железа и до 10% коксовой пыли. Колошниковую пыль используют также, как наполнитель, при получении асфальта.

Для оценки мероприятий по снижению удельного расхода кокса и повышению производительности доменных печей рассмотрим примерный тепловой баланс плавки.

 

Приход тепла Расход тепла
Процесс % Процесс %
Окисление: − углерода кокса − водорода − природного газа     58-62 Эндотермические реакции диссоциации 60-64
7-9
2-3 Потери: − с чугуном − со шлаком − с газом 9-10
Экзотермические реакции 5-7 8-9
8-9
Физическое тепло воздуха дутья 20-22 В окружающую среду и с охлаждающей водой 8-12

 

В целом доменная печь высокотехнологичный эффективный тепловой агрегат. Потери в окружающую среду невелики. В процессе эксплуатации происходит частичное разрушение и износ огнеупоров, что приводит к увеличению потерь в окружающую среду и с охлаждающей водой.

В доменных печах получают литейный и передельный чугун.

Литейный чугун, в виде заготовок фасонного литья, отправляется в основном на машиностроительные предприятия, где в процессе переплавки его доводят до нужного химического состава и получают готовые изделия.

Передельный чугун направляется в сталеплавильные агрегаты (конвертеры, мартеновские печи) где получают готовую сталь. Требования к качеству литейного чугуна значительно выше.

Тепло передельного чугуна используется в сталеплавильном процессе, поэтому его нельзя считать потерянным в балансе металлургического комбината. При получении готовых изделий из шлака (шлаковаты, пеношлаковых и плотных литых изделий), можно считать это тепло полезно используемым. При реализации гранулированного шлака или использовании его как добавки к некоторым видам цементов, можно полностью компенсировать тепловые потери со шлаком.

В настоящее время ведутся работы по утилизации энергии колошникового газа, который выходит с температурой 250÷280ºС и избыточным давлением до 0,2 МПа. Энергия газа после газоочистки может использоваться в газовой турбине.

Повышение производительности доменной печи тесно связано с методами интенсификации доменного процесса:

− совершенствование способов подготовки и улучшение качества исходных материалов, использование обогащенной руды, агломерата, высококачественных флюсов и кокса в оптимальных соотношениях;

− высокотемпературный нагрев дутья, температура которого, может достигать, 1300ºС, позволяет снизить расход кокса, а следовательно и расход и температуру колошникового газа, увеличить производительность печи, уменьшается при этом несколько расход шлака, но повышается температура чугуна и шлака;

− увлажнение дутья до 35г/м3 повышает производительность на 10÷12% и снижает расход кокса и количество дутья до 6%. Это происходит за счет диссоциации водяных паров на водород и кислород в высокотемпературной зоне

Увеличение количества восстановленных газов Н2 и СО и приводит к повышению производительности печи;

− обогащение дутья кислородом до 26% дает положительный эффект при выполнении мероприятий снижающих максимальную температуру в зоне горна (увлажнение дутья и подача природного газа);

− вдувание в горн углеводородсодержащих добавок включает: подачу природного или коксового газа до 10% от расхода кокса, вдувание угольной или коксовой пыли, а также мазута или нефти. В последние годы используется совместная подача в горн пыли и газообразного топлива, что позволяет снизить до 10% расход кокса и до 16% увеличить производительность печи. В европейских странах в высокотемпературную зону подают нефть.

Использование комбинированного дутья, увлажненного воздуха, обогащенного кислородом совместно с газообразным топливом и пылью получило наибольшее распространение на Украине и дает большой эффект. Одна доменная печь может давать более 2,5 млн. т. чугуна в год

 


Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 24; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.013 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты