Файл: Варанкин, Ю. В. Газовое хозяйство заводов учеб. пособие.pdf

ществует способ его сухого тушения. В специальном уст­ ройстве выгруженный горячий кокс охлаждается инерт­ ным газом, который нагревается за счет этого до 800— 850°С и служит затем теплоносителем в паросиловой установке (котел — турбина). Подсчитано, что при ту­ шении этим способом 30% производимого в СССР кокса можно получить 10 млн. т пара в год, что позволит сэко­ номить 2 млн. т условного топлива [1].

Воздух подается на батарею по большим туннелям 10. В поду печей размещены боровы 11. Система пере­ ключения подачи воздуха, подогреваемого здесь отопи­ тельного газа и уходящих продуктов сгорания, так же как II переключения газа и воздуха, подающихся в мно­ гочисленные вертикалы отопительных простенков и отво­ дящих от них продуктов сгорания, весьма сложна и работает па современных коксовых печах автоматически.

Существует несколько систем отопления коксовых печей. Все они преследуют одну цель — наиболее равномерно осуществлять нагрев всеіі массы коксового пирога, занимающего в каждой камере, как уже указывалось, объем более 20 м3. По длине камеры в каж­ дом отопительном простенке размещается около 30 вертикалов, в которые снизу раздельно подводятся отопительный газ и воздух. По направлению движения в них продуктов сгорания и поперемен­ ного перехода их из одного вертикала в другой печи делятся на несколько различных видов.

43

400°С). Газы покидают регенераторы через подовые газоходы. Через каждые 15—20 мин направление движущихся газов и воздуха в регенераторах меняется.

Камеры коксования для исключения присоса воздуха всегда работают под некоторым избыточным давлением (0,1—0,2 кПа).

Парогазовая смесь, выходящая из коксовых печей, называется прямым газом. Он содержит влагу (внеш­ нюю и пирогенетическую угля) — около 300—500 г/м3, смолу — около 100 г/м3 и некоторое количество ценных химических элементов — аммиак, бензол, нафталин и т. п. Прямой газ подается в цех конденсации и очист­ ки. После очистки он может быть направлен потребите­ лям, а частью используется в качестве отопительного газа в самих коксовых печах. Этот газ называется об­ ратным. Наконец, если из него будет извлечен водород, представляющий сырье для химического синтеза, в част­ ности для производства аммиака (NH3), то такой газ называется обезводороженным или остаточным.

Характеристика всех этих трех видов коксового газа приведена в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Состав и теплота сгорания коксового газа [29]

Состав, % по объему

На разных заводах в зависимости от состава шихты состав коксового газа получается различным, но везде в прямом и обратном газах содержание водорода нахо-

44

дится в пределах 50—58% и метана 23—25%. Плотность газа 0,45—0,55 кг/нм3. Благодаря высокому содержанию в газе водорода пределы взрываемости необезводороженного коксового газа широки: нижний — 6; верхний— 30%.

В обезводорожепном коксовом газе за счет сокраще­ ния содержания водорода до 5—6% содержание метана повышается до 50%. Это приводит к увеличению тепло­ творности газа до 23 300 кДж/нм3.

Коксовый газ является транспортабельным топливом. Дальняя передача его на расстояние' сотен километров экономически эффективна .и широко применяется в ряде стран (например, в ФРГ).

§ 3.3. Принципы работы и схемы устройств для полукоксования топлива

Полукоксование топлива в Советском Союзе и за ру­ бежом получает развитие как промышленный метод про­ изводства смолы (например, из горючих сланцев) или бездымного реакционноспособного топлива для комму­ нальных и бытовых целей. Выход газа полукоксования относительно невелик, и его доля в балансе газового топ­ лива незначительна. Поэтому газ полукоксования ис­ пользуется, как правило, для нужд предприятий, на ко­ торых он получается.

Потенциальные возможности выхода продуктов полу­ коксования могут быть определены в результате стан­ дартного лабораторного полукоксования средней пробы испытуемого топлива в алюминиевой реторте (ГОСТ 3168—53). Наиболее четко влияние вида топлива и тем­ пературы его нагрева на выход и качество продуктов су­ хой перегонки выявляется в лабораторных условиях при медленном нагреве топлива со скоростью 3—4° в минуту.

В табл. 3.2 приведены лабораторные данные о выходе продуктов сухой перегонки для различных видов топлива при его медленном нагреве в интервале температур 400—600°С, полученные 3. Ф. Чухановым и А. П. Кашуричевым в Энергетическом институте им. Г. М. Кржижа­ новского (ЭНИНе).

Для донецкого угля температура нагрева была в опы­ тах несколько выше: 460, 560 и 670°С.

.45

Состав газа, выделяющегося при полукоксовании этих видов топлива, приведем в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Состав газа полукоксования различных видов топлива при нагреве до 600°С

Состав газа, % по объему (без 0 2 и Nn)

Данные табл. 3.2 и 3.3 иллюстрируют известное по­ ложение, заключающееся в следующем: чем геологиче­ ски моложе топливо, тем легче оно поддается термиче­ скому разложению, тем больше из него при этом можно получить летучих горючих — газа и смолы.

Если из тощего донецкого угля при его полукоксова­ нии при 560°С в газ переходит 8% горючей массы, то при нагреве до 500°С бурых углей и торфа выход газа

46

превышает 20%• Следует отметить, что газ, полученный при полукоксовании торфа и бурого угля при медленном их нагреве до 500—600°С, имеет теплоту сгорания не более 12 500—15 000 кДж/нм3, в то время как из угля можно получить газ теплотворностью более 20 000 кДж/нм3.

Еще более разительно сказывается различие вида топлива и его органической массы на выходе жидких продуктов разложения (смола+іпирогенетическая вода). Такое битуминозное топливо, каким, например, является торф, при определенных режимах нагрева дает до 10% смолы в расчете на органическую массу.

Совершенно исключительным в этом отношении топ­ ливом являются горючие сланцы. При полукоксовании эстонских и ленинградских сланцев выход смолы дохо­ дит до 65% органической массы, и из смолы этой можно производить товарные продукты, которые невозможно получить из других видов топлива (в том числе и из нефти) или которые превосходят их по качеству (феноль­ ные клеи особых видов, масляные антисептики, катиони­ ты, дубители, средства борьбы с эрозией почвы и т. п.).

Газ полукоксования кускового сланца обладает отно­ сительно высокой теплотой сгорания. При определенных

[19]. Все это в конечном счете и определяет целесооб­ разность промышленного полукоксования сланцев. В Эстонской ССР добывается свыше 20 млн. т горючих сланцев в год, и более 50% их перерабатывается на сланцеперерабатывающих заводах [10].

По способу подвода тепла к твердому топливу во время его термического разложения промышленные тех­ нологические схемы можно разделить на две группы: с внешним подводом тепла к топливу через стенки камеры (рис. 3.4, а) и с внутренним, когда обогревается каждая отдельная частица топлива (рис. 3.4,6). С внешним под­ водом тепла работают, как мы видели, коксовые печи.

Внутренний подвод тепла обеспечивает непосредст­ венный контакт обогревающего теплоносителя с топли­ вом и резко интенсифицирует процесс тепломассообмена. Проще всего это осуществляется пропуском через слой топлива высоконагретых газов (рис. 3.4,6). Для рас­ сматриваемых процессов сухой перегонки газы эти дол­

47

жны быть некислородсодержащими, инертными. В ка­ честве таких газов могут быть использовакы либо дымо­

сланцев.

Термическую переработку горючих сланцев произво­ дят путем среднетемпературной или низкотемпературной сухой перегонки. В первом случае это осуществляется в камерных печах при нагреве сланца до 650°С, во вто­ ром — в туннельных печах при температуре 450—470°С. Основная цель первого процесса — получение из сланца горючего газа для газоснабжения промпредприятий и жилищно-бытового сектора; второго — получение высо­ кокачественной смолы, которая может быть использова­ на для производства специфических химических продук­ тов.

Схема камерной печи для сухой перегонки сланцев представлена на рис. 3.5. Конструкция этого агрегата учитывает специфику сланцев — высокую зольность, доходящую до 55—60%, и слипание кусков в момент битуминизации.

Кусковой сланец с размерами кусков до 100—125 мм периодически подается, в загрузочную коробку 1 и оттуда непрерывно заполняет вертикальные камеры 2 высотой около 10 м, длиной 4 м и шириной 464—514 мм (они расширяются книзу). По мере прохождения сланца че­ рез камеру и повышения температуры он термически разлагается. Первичные летучие продукты его разложе­

48

ния движутся вниз, нагреваются и в свою очередь под­ вергаются деструкции (крекингу). Образовавшаяся па­ рогазовая смесь отводится через окна 3 в нижний газо- сборник-барильет 4. Верхний газоотвод 5 работает лишь в исключительных случаях при превышении избыточным давлением в этой части камеры расчетных 0,1—0,2 кПа.

Многозольный твердый остаток сухой перегонки, не­ прерывно удаляющийся разгрузочным устройством 6, усиленно охлаждается водой. С целью максимального сокращения в нем горючей части (поскольку он отправ­ ляется в отвал) в зону догазовки в нижней части камер поступает некоторое количество воздуха. Это способст­ вует более полной газификации углерода, но балласти­ рует горючий газ, несколько снижает его теплотвор­ ность, вместе с тем увеличивая выход газа.

Обогрев камер осуществляется сжиганием при сред­ ней, температуре 1200—1300°С в вертикалах 8 низкотеп­

49