Файл: Автоматизация переработки каменноугольной смолы..pdf

вых печеіі, полностью относятся и к пекококсовым печам, но выпол­ нять пх нужно более строго, так как исходное сырье для коксования (высокотемпературный пек) действует па кладку печеіі более разру­ шительно, чем шихта в коксовой камере.

Усовершенствование конструкции печей и технологического про­ цесса и внедрение средств контроля и автоматического регулирова-

Рис. 119. График распределения давлений по высоте отопитель­ ной системы пекококсовых печей:

с уверенностью сказать, что в ближайшее время продолжительность работы пекококсовых установок будет значительно увеличена.

СЕРИЙ НОСТЬ ВЫ ДАЧИ ПЕЧЕЙ

Серийность выдачи печей наряду с их обогревом определяет тепловое состояние коксовой батареи. При выборе серийности выдачи печей необходимо учитывать не только нагрузку на стены камеры в процессе коксо­ вания и при выдаче кокса из печей, но также темпера­ турный режим кладки и устойчивость его в отопитель­ ных каналах.

Установлено, что в первой половине периода коксо­ вания от кладки отбирается 2/3 тепла [77]. Если печь, соседняя с печью, из которой выдается пирог, находит­ ся во второй половине периода коксования, то макси­ мальное охлаждение кладки компенсируется аккумуля­ цией тепла простенка в соседней камере. При этом тем­

267

пература в отопительных каналах снижается незначи­ тельно.

Любая батарея с числом печей N может иметь се­ рийностей N2 [79]. Для выбора наилучшей из них не­ обходимо выяснить сущность тепловых процессов, про­ исходящих в коксовых печах. Основной задачей являет­ ся создание в коксовых печах при помощи оптимальной серийности таких условий, при которых тепловые про­ цессы имели бы гармоничный характер при замкнутом балансе тепла в каждой тепловой системе за период коксования.

Исследованиями установлено, что тепловые процес­ сы в коксовых печах при разрыве загрузки двух сосед­ них печей 0,5 периода коксования характеризуются кри­ выми гармоничных колебаний. При этом разрыв време­ ни при загрузке двух крайних печей (от выдаваемой) — минимальный, что в свою очередь обеспечивает наибо­ лее благоприятные условия для работы кладки и устра­ няет опасное влияние давления распирания при коксова­ нии угольных шихт.

Данные расчета оптимальной серийности, соответст­ вующей поставленным условиям, приведены ниже [79]-.

Из этих данных видно, что наиболее благоприятные условия при 61 печи в батарее получаются при серий­ ности 61-2; первое число (61) показывает, через сколь­ ко печей выдается каждая последующая печь, а второе число (2) указывает, через сколько серий ведется вы­ дача. Рассмотрим последовательность выдачи при 61 печи в батарее и серийности 61-2.

268

После выдачи из 1-й печи следует выдавать из 1+61=62-й печи, затем 123-ю и т. д. Закончив выдачу первой серии, необходимо выдавать 1+ 2^3 -ю серию. Закончив выдачу нечетных серий, аналогично ведут вы­ дачу четных серий. Запишем это раздельно для нечет­ ных и четных серий:

На батарее имеется только 61 печь, поэтому второй, третий и последующие номера печей исключаются, и выдача ведется в следующей последовательности: пер­ вая серия 1-, 3-, 5-, 7-я и т. д., вторая серия 2-, 4-, 6-, 8-я печь.

Такая последовательность выдачи называется серий­ ностью 2-1.

При серийности 2-1 обеспечиваются наиболее опти­ мальные условия эксплуатации коксовых печей, созда­ ются благоприятные условия для предохранения клад­ ки печей от разрушения и вредных влияний давления распирания, тепловые процессы протекают по кривым гармоничных колебаний [79—82].

Внедрение других серийностей на коксовых печах отдельных заводов связано с созданием оптимальных условий труда для рабочих по обслуживанию печей и совмещением некоторых операций при работе коксовых машин, необходимостью обеспечения равномерной га­ зовой нагрузки на газосборники требованиями техники безопасности и т. д. [81]. В соответствии с проведенными расчетами оптимальная серийность для пекококсовых цехов с числом печей в блоках 5 и 7 составляет со­ ответственно 5-2 и 7-2. Когда для загрузки пекококсо­ вых печей применяли кольцевой пекопровод, блоки ком­ поновали по 5 печей, так какодним кольцом можно обслужить группу из 5 печей [77]. При обслуживании, большого числа печей одним насосом затрудняется контроль точности загрузки. Почти на всех заводах, имеющих пекококсовые установки, для загрузки печей применяют дозаторы конструкции Запорожского коксо­ химического завода. Одним дозатором обслуживается

269

один блок из пяти или семи печей. Одновременно от одного дозатора можно грузить две печи.

При рассмотрении вопроса оптимального числа пе­ чей в блоке предпочтение следует отдать блоку из семи печей, так как (по сравнению с блоком из пяти печей) не только повышается производительность, но и эконо­ мятся капитальные затраты на строительство новых це­ хов и, что особенно важно, при серийности 7—2 готов­ ность печей рядом с выдаваемой близка к середине пе­ риода коксования. Так при времени оборота печей 21 ч, периоде обезграфичивания 1 ч и серийности выдачи 7-2 печи, расположенные рядом с выдаваемой, находятся на девятом часу коксования, а при серийности 5-2— на восьмом. Кроме того, при серийности 7-2 дозатор рабо­ тает беспрерывно, а при серийности 5-2 дозатор около 2 ч работает одной стороной, что особенно нежелатель­ но в зимних условиях.

Следовательно, наряду с температурным н гидравли­ ческим режимом печей правильно выбранная серий­ ность выдачи имеет исключительно важное значение для теплотехнической оценки батареи, удлинения срока службы установки, получения качественных продуктов коксования.

2. ПРОГРАММНАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЗАГРУЗКА ПЕКОКОКСОВЫХ ПЕЧЕЙ

Эффективность работы пекококсовых печей во мно­ гом зависит от принятого метода загрузки. Известны следующие способы загрузки [77]:

1) порционная подача пека отдельными малыми порциями через определенные промежутки времени; этот способ применяли в установках, использующих для загрузки твердый или жидкий пек;

2) непрерывная загрузка жидким пеком в течение 3—3,5 ч, при этом в первый час загружалось около 40% пека, а в оставшееся время — остальное количество.

Схемы порционной загрузки пекококсовых печей пе­ ком имеют существенные недостатки. Основной из них заключается в том, что подача пека в печи порциями приводит к значительным колебаниям температуры кок­ суемой массы и стен рабочих камер в процессе загруз­ ки. Разность температур в конце подачи очередной пор­ ции и перед загрузкой следующей составляла 150—220

270

град [77]. Такие колебания температур весьма неблаго­ приятно сказываются на сохранности кладки печей и приводят к быстрому выходу их из строя.

Более прогрессивной методикой, сменившей порци­ онную загрузку, является непрерывная загрузка пекококсовых печей жидким высокоплавким пеком по схеме Гнпрококса [69]. Печь загружают непрерывно за один прием, одной порцией в течение 2,5—3,5 ч. График при З-ч загрузке был следующим: 1-й ч 5200 кг, 2-й ч 4000 кг, 3-й ч 3500 кг.

Внедрение непрерывной загрузки позволило увели­ чить разовое заполнение камер до 13 т и в определен­ ной степени стабилизировать их тепловой режим. Одна­ ко эта методика имеет свои отрицательные стороны.

Непрерывная циркуляция пека по кольцевому пекопроводу приводит к значительному его охлаждению и непроизводительному расходу электроэнергии привода­ ми насосов.

Значительным вкладом в совершенствование загруз­ ки пекококсовых печей явилась методика, разработанная II внедренная впервые на Запорожском коксохимическом заводе [84, 87] *. Разработка методики основана на том, что с удлинением периода загрузки печей и постепенным снижением ее скорости можно продлить во времени вы­ деление летучих продуктов из коксующейся массы и этим снизить вспучивание пека в камере коксования.

При оптимальной скорости загрузки создаются воз­ можности поддерживать в камере коксования минималь­ ное количество пека в жидком состоянии (жидкая фаза) и, следовательно, обеспечить его минимальное вспучива­ ние. Исследования, выполненные на Запорожском кок­ сохимическом заводе, показали, что с уменьшением коли­ чества жидкой фазы уменьшается выход летучих ве­ ществ, следовательно, коксообразование начинается уже в период загрузки. График загрузки по новой методике следующий:

В зависимости от изменения качества высокоплавко­ го пека этот график корректируется. Внедрение новой методики загрузки позволило увеличить разовую загруз­

* Б о е в И. Я. Автореф. канд. дне. Днепропетровск, 1966.

271

ку печей до 16 т. Новая методика загрузки пекококсовых печей потребовала более точного контроля расхода пека, подаваемого в печп. На Запорожском коксохимическом заводе разработана и внедрена бескольцевая схема пекопроводов [90], позволившая проводить загрузку с ми­ нимальным охлаждением пека при его транспортировке к печам.

Способы загрузки, применяемые ранее, предусматри­ вали измерение расхода пека, поступающего на загруз­ ку, по косвенному параметру — скорости изменения уров­ ня в мерной емкости. Такое измерение расхода было очень неточным. Для стабилизации расхода пека и его ступенчатого изменения разработаны в внедрены специ­ альные дозирующие устройства. Однако новая схема за­ грузки все же имела ряд существенных недостатков, ко­ торые затрудняли дальнейшее увеличение производи­ тельности пекококсовых установок:

отсутствие средств точного измерения и регулирова­ ния расхода пека, загружаемого в камеры коксования; отсутствие автоматического управления схемой за­

грузки и централизованного контроля аппаратуры; необходимость длительного пребывания обслужива­

ющего персонала на печах в зоне большой загазованно­ сти II высокой температуры;

отсутствие обоснования наиболее целесообразной се­ рийности выдачи печей и оптимальной компоновки аппа­ ратуры схемы загрузки.

Указанные недостатки потребовали доработки мето­ дики загрузки и принципиально нового оборудования для ее осуществления.

Впервые в практике коксохимической промышленно­ сти Научно-исследовательским и опытно-конструктор­ ским институтом автоматизации черной металлургии (НИИАчермет) совместо с Запорожским коксохимичес­ ким заводом (ЗКХЗ) разработана система программной автоматической загрузки пекококсовых печей и в 1966 г. внедрена на пекококсовой установке ЗКХЗ, имеющей блоки по семь печей [86] *. Длительная эксплуатация системы программной автоматической загрузки показа­

1 С к и а р В. П. и др. Устройство для автоматической про­ граммной поочередной загрузки группы пекококсовых печей пеком. Авт. свид. № 179270.— «Изобретения, промышленные образцы, то­ варные знаки», 1966, № 5, с. 11.

272

ла ее надежность, простоту в обслуживании и высокую экономическую эффективность. Система нашла широкое применение на заводах страны.

В Ы Б О Р РАЦИ ОН АЛЬНОГО М ЕТОДА ЗА ГРУЗКИ ПЕЧЕИ

Правильно выбранный метод загрузки имеет важное значение для увеличения срока службы пекококсовых печей [73]. Несмотря на то, что на всех пекококсовых ус­ тановках коксохимических и металлургических заводов Советского Союза загрузку осуществляли по описанной выше методике, наиболее оптимальная технологическая схема отсутствовала и для загрузки пекококсовых печей использовались различные варианты компоновки обору­ дования: односторонняя подача пека в печь; поперемен­ ная, через цикл, подача пека в печь с машинной или кок­ совой стороны; одновременная двусторонняя загрузка; загрузка по центру камеры.

При односторонней загрузке пек подается в печи с одной стороны: машинной или коксовой. Через каждые 6—7 месяцев сторону загрузки меняют, чтобы в какойто мере избавиться от одностороннего роста кладки пе­ чей, вызываемого более интенсивным заграфичпванием той стороны печи, на которой осуществляется загрузка.

Длительная односторонняя загрузка печей приводит к недогреву пекококсового пирога со стороны загрузки. Неравномерность прогрева пекового кокса ухудшает его качество. Перевод загрузки печей с одной стороны на другую создает определенные трудности для технологов и механиков, обслуживающих пекококсовые печц. Как показал опыт эксплуатации, односторонняя загрузка не удовлетворяет требованиям нормальной эксплуатации печей и находит весьма ограниченное применение.

При попеременной через цикл подаче пека в печь тех­ нологические коммуникации монтируют с обеих сторон. Очередность и длительность загрузки печей выбирают таким образом, чтобы загрузка происходила один цикл с одной стороны, другой—-с другой стороны. Обе линии имеют самостоятельное регулирование расхода пека. При попеременной загрузке условия роста кладки становятся более одинаковыми. Подача пека с одной или другой стороны отрицательно сказывается на распределении температур вдоль простенков [91].

Разность расходов газа, подаваемого на обогрев, в

зависимости от переключения подачи пека с одной сто­ роны камеры на другую достигает величины

Ѵ - . Ѵ г = \ , 2 ,

где V и Ѵг—расход газа на сторону, с которой происхо­ дит загрузка, и на другую сторону.

При попеременном методе загрузки кокс в головоч­ ных зонах со стороны загрузки остается непрококсованным, что приводит к ухудшению его качества, разруше­ нию головок, возрастанию усилия, затрачиваемого на срыв двери при ее снятии.

При двусторонней загрузке так же, как и при попере­ менной, каждая печь подключена к двум раздельным линиям подачи пека. Но в отличие от предыдущего ме­ тода пек подается по обеим линиям одновременно, при­ чем расход с обеих сторон — одинаковый. Суммарный расход изменяется по общепринятому графику загрузки. При загрузке пекококсовых печей по центру камер за­ грузочные патрубки располагают по центральной осп батареи. Это приводит к улучшению равномерности про­ грева коксового пирога по длине камеры, повышению температуры головок печей, что имеет важное значение для увеличения срока службы печей н улучшения каче­ ства кокса.

Для выбора наиболее эффективного метода загрузки, обеспечивающего стабилизацию теплового режима, улуч­ шение готовности коксового пирога вдоль камеры, осо­ бенно в головных зонах, уменьшение тепловых ударов о кладку и, следовательно, удлинение срока службы печей проведены исследования эффективности перечисленных выше методов загрузки [85]. По результатам исследова­ ний предстояло выяснить, какой из методов обеспечива­ ет: а) наиболее равномерное распределение темпера­ тур по длине стен камер, особенно у головок печей; б) наиболее равномерный прогрев коксового пирога по длине печи; в) минимальные тепловые удары о кладку печей; г) наиболее простое устройство и компоновку ап­ паратов при автоматизации загрузки печей.

Суть исследований заключалась в измерении и реги­ страции динамики изменения температур низа, середины и верха пекококсового пирога и стен камер в различных зонах по длине печи. Измерения выполняли в течение всего периода коксования: от начала загрузки до выдачи кокса.

274

В камере коксования термопарами контролировали температуру в 30 точках (15 точек по оси пекококсового пирога на разных уровнях и такое же число точек на од­ ной из стен пекококсовой камеры). Для регистрации

Рис. 121. Конструк­ ция и расположение термопар при измере­ нии температуры стен камеры через люк

температур в течение всего периода коксования исполь­ зовали многоточечные потенциометры. Для измерения температур в головочных зонах были специально изго­ товлены две двери (рис. 120).

В каждую дверь вводили по девять термопар на уровнях 0,4; 1,5 и 2,5 м от пода. На каждом уровне уста­ навливали по три термопары. Двумя крайними 1, 3, рас­ положенными под углом 30° к оси камеры коксования, измерялась температура стен, а средней 2, установлен­ ной по центру — температура пекококсового пирога в го­ ловочной зоне. В двери были стационарно вмонтированы