Коксовые батареи: устройство, принцип работы, назначение. Технология производства кокса

Металлургическое производство просто немыслимо без использования кокса, который дает энергию для расплавления железосодержащей руды в шахте доменной печи. Однако сам процесс получения кокса достаточно трудоемкий и длительный. Для его создания строятся специальные промышленные агрегаты под названием "коксовые батареи". Об их устройстве, назначении и характерных особенностях и пойдет речь в данной статье.

Определение

Коксовые батареи – целый металлургический комплекс, основным предназначением которого является изготовление в требуемом объеме кокса для его последующей транспортировки в доменные цеха. Данные производственные объекты могут различаться по своим габаритам между собой, но в любом случае их размеры весьма внушительные.

Конструкция

Устройство коксовых батарей следующее. Главными элементами этих печей являются так называемые камеры коксования. Именно в них происходит процесс укладки сырья. Камер коксования в печи насчитывается не один десяток. Также важнейшими элементами батареи можно считать и отопительные промежутки, в которых протекает горение топлива. Ориентировочные линейные размеры камеры коксования таковы:

• Длина – от 12 до 16 метров.
• Высота – 4-5 метров.
• Ширина – 400-450 миллиметров.

В целом же комплекс, благодаря которому коксовые батареи имеют возможность работать беспрерывно на протяжении длительного промежутка времени, включает в себя следующие компоненты:

• Приемный бункер, в который поступает сырой уголь.
• Отделение смешивания и дробления угля.
• Башня распределительная.
• Тележка погрузочная.
• Камера коксования.
• Выталкиватель кокса.
• Вагон тушения.
• Башня тушения.
• Платформа, на которую выгружают остуженный готовый продукт.

Сама же печь для производства кокса в общем виде имеет в своем составе:

• Камеры для загрузки угольной шихты.
• Обогревательный простенок с системой отопительных каналов.
• Систему газораспределения и воздухоподвода.
• Регенератор для подогрева воздуха и вывода отработанных газов.
• Запорную арматуру и механизмы.

Классификация

Коксовые батареи в зависимости от режима эксплуатации бывают периодического и непрерывного действия. Отапливаться эти батареи могут:

• Исключительно доменным газом.
• Только коксовым газом.
• Смесью доменного и коксового газа.

Схема отопления батареи может включать в себя:

• Перекидной канал, благодаря которому газы имеют возможность попадать между простенками.
• Парный канал для рециркуляции.

Отопительный газ для батареи подводится к ней в двух исполнениях:

• Сбоку, когда коксовый газ идет по корнюру (газораспределительному каналу), а воздух и доменный газ – по подовым каналам регенератора.
• Снизу по специальной воздухораспределительной сети.

Несколько слов о регенераторе

Это специальное теплообменное устройство позволяет контактировать теплоносителю с чётко обозначенными поверхностями коксовой печи. Важно заметить, что горячий носитель тепла осуществляет нагрев холодной стены и насадки, а после этого они, в свою очередь, передают тепло уже холодному теплоносителю.

Бывают и другие виды теплообменников, которые называют "рекуператоры". В них холодный и горячий теплоносители проводят обмен энергией между собой через специально возведённую между ними стенку. При этом вначале вниз спускаются потоки горячих газов, а затем происходит срабатывание перекидных клапанов, благодаря чему снизу вверх начинает подниматься уже холодный поток воздуха.

Методы экономии топлива в коксохимическом производстве

Процесс коксования сам по себе является достаточно энергозатратным, что обуславливается потреблением весьма большого количества топлива. Поэтому для уменьшения расхода его потребления применяют следующие методы:

• Используют технологию сухого тушения кокса. Благодаря ей тепловая энергия продукта расходуется на нагрев пара или воды. В частности, с одной тонны готового кокса получается порядка 1 ГДж тепла в виде пара.
• Модернизацию применяемых регенераторов для максимального получения тепла от продуктов сгорания. Так, например, вполне можно увеличить площадь нагрева у насадки.
• Расчет оптимального промежутка времени между переключениями клапанов. Само собой, что чем чаще они переключаются, то в конечном счете это даст возможность снизить объем регенераторов и потери тепла в них. Вместе с тем стоит обязательно отметить, что слишком частое срабатывание клапанов неизбежно приведет к их быстрому выходу из строя и дополнительной нагрузке на все смежные узлы и детали.
• Нагрев шихты и сухое тушение кокса осуществляют одновременно.

Технологический процесс

Производство кокса весьма сложно. Поэтому, чтобы разобраться, как это работает в реальных условиях, стоит узнать технологический цикл как можно подробнее.

Цех по производству кокса всегда начинается с угольной башни. Именно в неё поступает сырье. В нижней части башни имеются специальные затворы. Через них уголь переправляется в приемные бункера углезагрузочной машины. С целью исключения вероятности подвисания угля внутри башни по всей ее высоте подведен сжатый воздух, который подается прерывистыми импульсами и гарантирует обрушивание налипшей на стены башни шихты. Башню непременно следует наполнять не менее чем на две трети ее объема.

Углезагрузочная машина наполняется либо по объему, либо по массе. Процесс ее наполнения контролируется весами. Уголь в печь подаётся сразу же после выдачи готового кокса. При этом подача шихты происходит через верх. В момент загрузки коксовой печи ответственное за это лицо – люковой – включает саму печь в газосборник и активирует инжекцию. Весь процесс загрузки занимает от трех до шести минут.

После этого печь тщательнейшим образом герметизируется, и начинается уже процесс нагрева шихты. Технология производства кокса в коксовых батареях предусматривает следующие температурные процессы:

• При 100-110°С проходит сушка угля.
• В пределах 110°С – 200°С выделяется гигросокпическая и коллоидно-связанная влага, окклюдированные газы.
• При 200°С – 300°С протекает термическая подготовка, которая сопровождается образованием газообразных продуктов термической деструкции и отщеплением термонеустойчивых содержащих кислород групп.
• 300-500°С – диапазон температур, при котором возникает пластическое состояние. Интенсивно выделяется газ и пар, образуется жидкая фаза.
• 550-800°С – коксование среднетемпературное. Синтез интенсифицируется.
• 900-1100°С – коксование высокотемпературное.

Отгрузка кокса из печи

Коксовая батарея, принцип работы которой описывается в данной статье, требует специальной подготовки перед выдачей готовой продукции из нее. Не менее чем за двадцать минут до начала выдачи печь в обязательном порядке отсекают от газосборника и сообщают ее с атмосферой посредством открытия крышки стояка.

После этого выполняется съем дверей печи и выполняется выталкивание кокоса из камеры в тушильный вагон при помощи специальной штанги. При этом если по каким-либо причинам происходит задержка плановой выдачи кокса более чем на десять минут, то двери следует установить обратно на место. Преждевременно открывать крышки стояков категорически запрещается, так как это может вызвать серьезное обрушение футеровки внутри батареи. Кроме того, двери печей должны обязательно быть очищены от графита и смолы до и после процесса выдачи готовой продукции. Тушение кокса в специальном вагоне – обязательная процедура, потому как без этой операции готовый кокс может вновь воспламениться.

Расчет коксовых батарей предусматривает, что печи должны иметь рабочий и ремонтный период. Во время рабочего цикла осуществляется выдача кокса, а во время ремонтного – проводится техническое обслуживание всех агрегатов и оборудования, уборка и прочее.

Сущность

На начальном этапе коксования идет сушка угля, удаляются все адсорбированные газы из него и стартует разложение. В момент перехода угля в пластичное состояние начинается спекание – процесс, который является решающим для всего цикла коксования. На третьем этапе полукокс испытывает прокаливание и упрочнение. Именно вязкая масса нагнетает сопротивление продвижению газов на пути их в газосборник, благодаря чему образуется давление коксования, которое на практике компенсируется усадкой уже сформированного кокса.

Консервация

«Почему нельзя останавливать коксовые батареи?» – именно такой вопрос можно очень часто услышать из уст человека, далекого от тонкостей и нюансов коксохимического производства. Все дело в том, что эти агрегаты ориентированы на работу при определённых условиях (высокая температура, абразивный износ и т. д.) и в случае внеплановой остановки без соответствующей подготовки эти печи способны лишиться свой внутренней кладки, которая просто разрушится. Однако на практике порой приходится приостанавливать работу коксовой батареи и выполнять опредленные консервационные мероприятия. Как это работает – описывать слишком долго, стоит лишь указать, что существует так называемая «прохладная» и «жаркая» консервация. Какой вариант из них выбрать – это решает непосредственно руководитель предприятия в зависимости от сложившейся ситуации и причин приостановки работы агрегата.