Файл: Тютюнников Ю.Б. Получение кокса из слабоспекающихся углей.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 75
Скачиваний: 0
втором случае относительная интенсивность теплообме на частиц с окружающей средой велика. При этом по верхность частиц быстро нагревается до температуры окружающей среды, и тепловым напором по сравнению с температурным перепадом по частице можно прене бречь. Теплопроводность материала частицы в этом случае тормозит ее равномерный прогрев по всему объему.
Скоростной нагрев характеризуется большим значе нием коэффициента теплообмена, т. е. в этом случае
Следовательно, при таком нагреве фактором, препятст вующим равномерному прогреву частицы по всему объему до температуры t0, примерно равной t°, окру жающей среды, является теплопроводность материала частиц. Для уменьшения влияния этого фактора необ ходимо нагреваемый материал хорошо измельчить. Ми нимальный размер частиц, при котором теплопровод ность не влияет на интенсивность теплообмена, оцени вается критерием высокоскоростного теплообмена
Если N > 2, то теплопроводность не влияет на интен сивность теплообмена. В случае N < 2 даже при боль ших значениях а не удается достичь равномерного про грева частиц по всему объему.
Для расчета коэффициента теплообмена и критерия высокоскоростного нагрева предложена методика, по зволяющая определить оптимальные условия гидравли ческого и температурного режимов газообразного теп лоносителя и оптимальное измельчение нагретого ма териала. Она заключается, в определении по скорости
71
теплоносителя критерия Re, после чего из уравнения
Nu = 0,2 Re0'83,
справедливого для значения Re до 400, — критерия Nu, а затем из формулы
— критерия, скоростного теплообмена.
Процессы нагрева и разложения органической мас сы топлива протекают с определенной скоростью, кото рая при заданной температуре имеет вполне определен ное значение. Увеличивая скорость нагрева угольных частиц, следует ожидать, что при определенном значе нии ее, характерном для каждой марки угля, можно разделить по времени процессы нагрева и разложения угольной массы. При быстром нагреве до температуры 420—450° С угольная частица практически не успевает сколько-нибудь заметно изменить свою физико-химиче скую структуру.
Экспериментальные работы [24, 33, 75—83] позволя ют выделить две характерные стадии скоростного на грева:
1) стадия образования летучих при нарастании тем пературы угля до максимально возможного значения
вданных условиях (нестационарная область);
2)стадия образования летучих, наступающая с мо мента времени т0 после установления постоянной темпе ратуры угля t° (стационарная область).
Процесс разложения углей в нестационарной обла сти получил название «высокоскоростного бертинирования», которое характеризуется большой скоростью про текания и высоким содержанием кислородосодержащих
соединений в образовавшихся газах (до 400—450°). Ка
72
чество продуктов скоростного бертинирования в основ ном соответствует их качеству при обычном бертинировании при низких скоростях нагрева до температуры около 500° С. Образующийся в этом случае газ имеет примерно следующий состав: СОг — 78, С О — 14—16,
СН4 — 2—8%.
Вторая стадия высокоскоростного нагрева, проте кающая сразу после высокоскоростного бертинирова ния, связана с переходом угля в пластическое состоя ние и образованием ценных газообразных продуктов, главным образом, углеводородов метанового и этилено вых рядов. Образующийся газ имеет следующий со
став: |
C 02 + |
H2S — 50, СН4 — 20, |
СО — 17, |
Н2— 10, |
Ст\\п |
— 3%- |
Эта стадия нагрева |
завершается |
обычно |
в течение нескольких минут. Количество образующихся летучих асимптотически приближается к некоторому предельному значению.
В стационарной области зависимость выхода лету чих от времени нагрева угля выражается уравнением
^ V = ( V - V 0) = { Vn - V 0) { \ - е— ),
где Ко — выход летучих за период нагрева в нестацио нарной области, процентов или объемных единиц;
Vn— предельный выход летучих при данной тем пературе, %;
к— коэффициент, определяемый эксперименталь но, мин~~'\
~— время, |
отсчитываемое от момента т0 как от |
0, сек. |
|
Исследования нагрева в вихревом нагревателе газо вого угля марки Г ЦОФ № 1/2 «Доброполье», измель ченного до размера частиц < 3 мм, показали, что ча стицы угля различной грануляции в вихревом нагрева-
7
геле нагреваются по-разному [57]. Степень нагрева их определялась по остаточному выходу летучих из фрак ций угля различного гранулометрического состава.
Данные, приведенные в табл. 31, показывают неко торую неравномерность нагрева угля, зависящую от величины ее частиц. Как правило, уголь класса 0—1 мм в вихревом нагревателе успевает прогреться несколько больше, чем уголь более крупных классов. Очевидно, при кратковременном пребывании угля в вихревом на
гревателе крупные частицы |
успевают нагреться |
только |
в поверхностных слоях, а |
мелкие — по всему |
объему. |
С увеличением температуры нагрева неравномерность прогрева угольных частиц различной грануляции уве личивается. Разность в выходе летучих из класса 0—1 и ]>2 мм при нагреве до температуры 385° С достигает
5,85%.
Для получения однородной пластической массы ре шающее значение имеет равномерность нагрева уголь ных частиц различной грануляции. Степень равномер
ности нагрева определяется формулой |
[17] |
|||
Р = |
С- 100, |
|
||
где А — общее количество угля, г; |
|
|||
В — количество |
недогретого |
угля, г; |
|
|
С — количество |
перегретого |
угля, г. |
нагрева угля, |
|
Чем больше степень |
равномерности |
тем однороднее пластическая масса и прочнее фор мовки.
Разделение и количественное определение зерен уг ля различной степени карбонизации осуществляется двумя способами: 1) микроскопическим исследованием
нагретого угля; 2) гравитационным |
разделением угля |
на фракции по глубине карбонизации. |
При нагреве угля |
74
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 31 |
|
|
|
Характеристика |
прогрева угольных |
частиц |
различного размера |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
в вихревом нагревателе |
|||
|
|
|
Выход летучих, %, из угля, нагретого до температуры, °С |
|
|||||||
|
Выход |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Классы |
летучих |
|
340 |
|
360 |
|
370 |
|
380 |
|
385 |
из исход |
|
|
|
|
|
||||||
угля, мм |
ного класса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
угля Vе. % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vе |
AVC* |
Vе* |
Л1/с* |
Vе |
дус* |
ус |
дКс* |
ус |
дус* |
0 -1 |
32,72 |
30,75 |
1,97 |
28,83 |
3,89 |
27,58 |
5,14 |
25,87 |
6,85 |
24,35 |
8,37 |
1—2 |
36,38 |
32,92 |
3,46 |
31,77 |
4,61 |
31,69 |
4,69 |
29,45 |
6,93 |
29,37 |
7,01 |
>2 |
36,55 |
33,80 |
2,75 |
33,60 |
2,95 |
32,36 |
4,19 |
30,78 |
5,77 |
30,70 |
6,35 |
0 - 2 |
3,83 |
3,05 |
— |
4,77 |
— |
4,78 |
— |
4,91 |
— |
5,85 |
— |
«-1 |
* д ус— разность между выходом летучих из классов угля исходного и нагретого. |
сл |
изменяется микроструктура (пористость) петрографи ческих ингредиентов угля [17] и, таким образом, по из менению ее можно судить о степени нагрева угольных частиц.
Принцип гравитационного разделения в тяжелых жидкостях частиц угля, нагретых до разных температур, основывается на различии кажущихся плотностей час тиц различной степени нагрева. В оп ределенном интервале температур ка жущийся удельный вес угля резко уменьшается, поскольку в этом интер вале происходит бурное разложение угля, и можно считать, что именно этому моменту соответствует опти мальная температура нагрева уголь ных частиц.
Зависимость степени равномерно сти разогрева угля от конечной тем пературы, определенная методами гра витационного разделения и микроско пического подсчета, показана на рис. 14.
По мере увеличения конечной тем пературы нагрева от 340 до 400° С ко эффициент (J возрастает [17]. При тем пературе 390—400° С он достигает максимума и при дальнейшем повыше
нии ее вследствие перегрева мелких частиц уменьшается. В том случае, когда уголь после нагрева в вихревой камере проходит через циклон и подвергается теплово му выдерживанию, температура угольных частиц раз личной грануляции уравнивается и выход летучих из различных классов угля становится почти одинаковым.
76
В связи с тем, что газообразный теплоноситель име ет хороший непосредственный контакт с угольными час тицами, между органической массой угля и отдельными компонентами теплоносителя проходят реакции. Как по казал опыт работы установки непрерывного коксования, состав теплоносителя в некоторой степени влияет на пластические свойства угля и, таким образом, в конеч ном итоге — на механическую прочность формованного кокса. Кроме того, от состава теплоносителя зависит способность углей налипать на стенки аппаратов.
Подробное исследование влияния состава газообраз ного теплоносителя на свойства углей проводилось на лабораторной установке, собранной по схеме, которая показана на рис. 15 [59]. Скоростной нагрев угля осу ществлялся в трубке — теплообменнике 5 с экранным электрообогревом. В теплообменник шнековым пита
телем подавался |
уголь и поступал теплоноситель — |
газ, нагретый до |
необходимой температуры в пе |
чи 4. |
|
Температура в печи и теплообменнике поддержива лась с помощью электронных потенциометров. Расход газа контролировался реометрами.
Критерий скоростного теплообмена, рассчитанный для лабораторной установки по методике, предложенной
Г. Н. Худяковым, оказался равным |
13,7. Это свидетель |
||||
ствовало о |
том, что при |
принятом |
измельчении угля |
||
( <[ 0,5 мм) |
обеспечивался |
равномерный |
прогрев от |
||
дельных частиц угля. |
в |
теплоносителе |
различного |
||
Часть угля, нагретого |
состава, отбиралась на исследование, из основной массы угля приготовлялись формовки, которые затем нагрева лись до температуры 750° С и определялась их механи ческая прочность.
В качестве теплоносителя использовались чистый
77
Рис. 15. Схема лабораторной уста новки для изучения влияния состава газового теплоносителя на свойства углей:
^ баллоны со сжатым |
газом; |
2 — манометры;.? — |
реометры; 4 — печь для |
нагрева газа; |
5 — теп |
|||
лообменник; |
6 — устройство для |
очистки трубки; 7 |
— шнековый питатель; |
8 — бункер |
для |
угля; |
||
9 — привод |
питателя; |
10 — переключатель; 11—милливольтметр; 12 — регулятор |
напряжения; |
13 — |
||||
регуляторы |
типа МРЩПр температуры в теплообменнике 5; 14 — амперметры; |
15 — сборник |
угля. |
азот, углекислота, перегретый водяной пар и бинарные
смеси |
газов, |
состоящие |
|
|
|
|||||
из углекислоты или азо |
|
|
|
|||||||
та |
с добавкой |
кислоро |
|
|
|
|||||
да |
в количестве |
до 3%. |
|
|
|
|||||
Этими |
|
теплоносителями |
|
|
|
|||||
угли |
нагревались |
до |
|
|
|
|||||
температур |
200, |
260 |
и |
|
|
|
||||
350° С. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изменение гигроскопи |
|
|
|
||||||
ческой влажности и выхо |
|
|
|
|||||||
да летучих различных уг |
|
|
|
|||||||
лей |
в результате |
нагрева |
|
|
|
|||||
теплоносителем |
|
разного |
|
|
|
|||||
состава |
|
приведено |
на |
|
|
|
||||
рис. 16 и |
17 и свидетель |
|
|
|
||||||
ствует о том, что эти по |
|
|
|
|||||||
казатели |
зависят, |
глав |
|
|
|
|||||
ным образом, от количе |
|
|
|
|||||||
ства кислорода в газе. |
|
|
|
|||||||
|
В |
малометаморфизи- |
|
|
|
|||||
рованных углях (длинно |
|
|
|
|||||||
пламенных |
и |
черемхов- |
|
|
|
|||||
ском) |
при |
повышении |
|
|
|
|||||
температуры |
нагрева |
в |
Рис. 16. Зависимость гигроскопиче |
|||||||
инертном |
теплоносителе |
|||||||||
от |
200 |
до 350° С |
гигро |
ской влажности углей от темпе |
||||||
ратуры теплоносителя и количе |
||||||||||
скопическая |
|
влажность |
ства кислорода в нем при нагреве: |
|||||||
закономерно |
уменьшает |
а ~ угля марки Д |
шахты «Западная- |
|||||||
ся. |
|
|
|
|
|
|
|
Кременная», треста «Лисичанскуголь»; |
||
|
|
|
|
|
|
|
б — угля марки Г |
шахты «Ново-Гро- |
||
Совершенно иная кар |
угля Черемховского |
бассейна; г |
у г л я |
|||||||
тина наблюдается при до |
довка», треста «Добропольеуголь»; |
в — |
||||||||
марки ОС Ново-Кондратьевской обога |
||||||||||
бавке к инертному тепло |
тительной фабрики, треста «Донецк- |
|||||||||
|
углеобогащенне». |
|||||||||
носителю |
различного |
количества кислорода. В резуль |
79