Файл: Применение радиоизотопной техники в коксохимическом производстве..pdf

технологических свойств удается увеличить насыпную массу угольных шихтдля коксования, добиться повышения производительности коксовых печей и улучшения каче­ ства получаемого кокса.

Современная технология подготовки угольной шихты для коксования путем рационального измельчения основа­ на на принципе достижения оптимального сочетания зерен различной крупности при ограничении их максимального размера и правильном распределении хорошо и слабоспекаюшихся компонентов в крупных и мелких зернах [311.

Вопросу оптимизации гранулометрического состава шихты для коксования с целью повышения производитель­ ности коксовых печей и улучшения качества кокса уделяет­ ся большое внимание как в отечественных научных иссле­ дованиях [31; 38; 39], так и за рубежом [105]. Так, Украин­ ским научно-исследовательским углехимическим институ­ том (УХИН) определены гранулометрические составы углей и шихт, обеспечивающие максимальную насыпную массу [32], а также оптимальную насыпную массу для шихт с повышенным содержанием газовых углей [31].

Требуемый гранулометрический состав шихты с опти­ мальной величиной насыпной массы может быть достиг­ нут применением схем раздельного дифференцированного измельчения углей или шихт. В условиях каждого произ­ водства степень измельчения зависит от физико-механи­ ческих свойств углей, от марочного состава, влажности и зольности шихты, от конструкции дробильных агрегатов и режима их работы. Такие факторы, как марочный состав шихты, технические характеристики измельчающих агре­ гатов, нагрузка на дробилки и ряд других, постоянно контролируются и искусственно поддерживаются на опре­ деленном уровне. Влажность угольной шихты обычно ко­ леблется в небольших пределах, и при необходимости ее влияние на результаты контроля процесса измельчения может быть учтено. Существенным переменным парамет­ ром является крупность углей до дробления. Однако связь

130

крупности измельченного материала с исходной круп­ ностью зерен и величиной рабош дробления закономерна 188]. Следовательно, можно реагировать на изменение крупности исходных углей путем изменения режима дроб­ ления в соответствии с характеристиками гранулометриче­ ского состава измельченного материала.

Известны различные методы контроля гранулометриче­ ского состава сыпучих материалов, среди которых раз­ личают методы, дающие информацию о каждой частице материала, и методы, характеризующие статистическую совокупность частиц К первой группе относятся микро­ скопический метод, метод сканирования (76; 77], кондук­ тометрический 149], электростатический (46; 48] и метод оптического преобразования (46; 96; 102]. Ко второй груп­ пе относятся ситовый и седиментационный [94] анализ, ультразвуковой (72] и емкостный [15] методы, а также радиоизотопные методы [6], основанные на закономер­ ностях ослабления ионизирующего излучения в слое ма­ териала.

В практике коксохимического производства для конт­ роля гранулометрического состава и режима измельчения углей и угольных шихт применяется ситовый анализ Он позволяет осуществлять контроль крупности продук тов измельчения от нескольких миллиметров до 40—70 мкм Чем меньше размер отверстий, тем сильнее сказывается на результатах анализа засорение сит и возрастает ошибка определений Кроме того, точность анализа зависит от ко­ лебания размеров отверстий сит, их износа, засоренности и влажности материала, длительности рассева и др. Реаль­ но достижимая точность ситового анализа в производствен­ ных условиях составляет около 5% Представительность такого анализа ограничена условиями отбора и подготов ки проб, процесс его проведения трудоемок и продолжи­ телен, вследствие чего получаемые результаты не удовлет­ воряют задачам оперативного регулирования режима из­ мельчения.

Известно, .что в пределах технологического измельче­ ния углей и угольных шихт для коксования, в которых содержание класса 3—0 мм составляет 70—90% , величи­ на насыпной массы закономерно снижается по мере умень-

132

воздушно-сухой шихты постоянного марочного и петро­ графического состава. Величину насыпной массы шихты

Содержание класса <3ш,%

а

Рис. 57. Зависимость величины насыпной массы воздушно-сухой угольной шихты:

а — от содержания класса 3—0 мм: б — от среднего размера зерен.

определяли весовым методом. Характеристика проб и ре­ зультаты исследований приведены в табл. 10 и на рис. 57.

Из рисунка видно, что величина насыпной массы воз­ душно-сухой угольной шихты при прочих равных условиях практически прямолинейно зависит от содержания в ней класса 3—0 мм (в пределах изменения последнего от 73 до 85%) и от средневзвешенной величины диаметра зерен. Теснота указанных взаимосвязей параметров высокая и оценивается коэффициентами корреляции минус 0,94 и плюс 0,80 соответственно.

Поскольку величина насыпной массы углей и уголь­ ных шихт с высокой точностью может быть оценена с помощью радиоизотопных измерений, постольку послед­ ние могут быть применены также для контроля процес­ сов их измельчения.

В производственных условиях на результаты радио­ изотопного контроля величины насыпной массы угольной

133

шихты оказывают влияние ее влажность и мощность тех­ нологического потока. Однако при стабилизации или не­ прерывном автоматическом контроле влажности и высоты слоя на конвейерной ленте может быть выделена и зареги­ стрирована на диаграмме вторичного прибора информация об измельчении углей или угольной шихты. Такая инфор­ мация необходима для совершенствования, оптимизации и оперативного управления процессами измельчения уг­ лей с различными технологическими свойствами и подго­ товки угольных шихт к коксованию.

§ 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОКСОВАНИЯ

В КАМЕРНЫХ КОКСОВЫХ ПЕЧАХ

Повышенные требования к качеству доменного кокса и задачи интенсификации коксового производства при од­ новременном ухудшении сырьевой базы обусловливают необходимость глубокого и всестороннего изучения про­ цесса коксования в камерных коксовых печах, закономер­ ностей термических и термохимических превращений уголь­ ной шихты в процессе коксования, влияния свойств уголь­ ной шихты, условий ее загрузки и термической обработки на качество получаемого кокса. В этом направлении вы­ полнено большое количество исследований [3; 30; 40; 51; 80], результаты которых не дают исчерпывающего объяс­ нения закономерностей процесса коксообразования в ка­ мерах коксовых печей, динамики превращения угольной загрузки в полукокс и кокс и формирования кокса опре­ деленного качества.

Как правило, исследования проводились на лабора­ торных коксовых печах малого объема, в условиях далеко неполного и недостаточно точного моделирования процес­ са коксования в промышленных камерных печах. Сущность исследований заключалась в том, что на каждом этапе осу­ ществлялась все более глубокая термическая обработка

134

исходной угольной шихты и после охлаждения (тушения) полученного продукта исследовались и оценивались его свойства. Осуществление термической обработки угольной шихты в лабораторных коксовых печах малого объема, дискретность процесса исследования и необходимость охлаждения продуктов перед исследованием их свойств вносили существенные искажения, не позволяющие до­ статочно правильно и полно установить закономерности процесса коксообразования в промышленных коксовых печах.

Известны исследования, выполненные бесконтактным способом непосредственно в процессе коксования. Так, П. И. Турченко и М. Л. Медведева [93] получали рент­ генограммы процесса коксования, осуществляемого в спе­ циально сооруженной лабораторной установке. Данный метод позволил воспроизвести те условия процесса коксо­ вания, которые создаются у стенки производственной кок­ совой печи, и фиксировать изменение расстояний раз­ личных слоев угольной загрузки (пластического слоя, полукокса, кокса) от стенки. По получаемым снимкам мож­ но было описать изменение плотности угольной загрузки при коксовании. Однако получаемая информация о про­ цессе коксования имела лишь описательный характер и не давала количественной оценки наблюдаемым зако) о мерностям.

Л. Хардт и В. Симонис [106] измеряли плотность уголь­ ной загрузки непосредственно в промышленных коксовых печах с помощью зонда, работающего по принципу рас­ сеянного у-излучения. Зонд вводился в угольную загрузку на разную глубину через загрузочные и специальные до­ полнительные люки в своде камерной печи. Было установ­ лено, что максимальная плотность угольной загрузки имеет место у дна камеры под загрузочными люками и под планирной штангой с коксовой стороны печи, а минималь­ ная — между загрузочными люками в верхней части угольной загрузки.

135

С помощью водоохлаждаемого зонда специальной конструкции Л. Хардт и В. Симонис измеряли плотность угольной загрузки в процессе коксования на разных уров­ нях по высоте камеры. Так, по их данным, исходная плот­ ность в осевой плоскости камеры изменялась по высоте угольной загрузки от 830 до 930 кг/м®; в течение первых двух часов коксования она увеличивалась до860—950кг/м3, а затем на десятом часу коксования снижалась до 670— 680 кг/м®. Контроль осуществлялся в процессе коксова­ ния до температуры не более 500° С. В принятой методике не были использованы все возможности бесконтактных ра­ диоизотопных измерений. Так, ввод водоохлаждаемого зон­ да в угольную загрузку нарушал ее естественную укладку, что искажало результаты контроля. При этом охлажда­ лась прилегающая к зонду часть загрузки. Это вносило искажение в протекание ее термических превращений, В процессе коксования изменялись условия измерений: объ­ ем насыщения или зазор между зондом и загрузкой и др.

Кроме того, метод рассеянного у-излучения позволяет оценивать только среднюю величину плотности угольной загрузки по ширине камеры коксования. Для измерения плотности в отдельных слоях загрузки он непригоден, а это весьма важно для изучения динамики процесса слое­ вого коксования.

На опытной коксовой печи вместимостью 200 кг Кри­ ворожского коксохимического завода [7] процесс коксова­ ния исследовали бесконтактным радиоизотопным способом, разработанным ДМетИ и БОКИЛ МЧМ УССР. Методика исследования заключалась в том, что в процессе коксова­ ния сквозь угольную загрузку и отдельные ее слои про­ пускали поток у-квантов и фиксировали степень его ослаб­ ления для оценки плотности загрузки и динамики ее из­ менения при коксовании Исследование выполняли в три этапа. На первом и втором этапах контролировали плотность угольной загрузки в объеме цилиндрической формы диаметром около 20 мм, расположенном вдоль оси

136

камеры коксования. На первом этапе ось системы «источ­ ник — детектор» размещалась на расстоянии 60 мм от греющей стенки и 420 мм от пода камеры печи; на втором этапе — на расстоянии 140 мм от греющей стенки и на вы­ соте 350 мм от пода камеры. Таким образом, на первом этапе контролировали плотность угольной загрузки в объеме, прилегающем к обогревающей стенке печи, а на

аппаратуры исследовали изменение плотности в контроли­ руемом объеме угольной загрузки при последовательном протекании всех стадий процесса ее термической обработ­ ки: нагрева и сушки, предпластического и пластического состояния, образования структуры полукокса и кокса, термической выдержки последнего.

На третьем этапе контролировали изменение плотности угольной загрузки в объеме, расположенном перпендику­ лярно к оси камеры коксования на расстоянии 320 мм от двери и на высоте 420 мм от пода печи. При этом в каждый момент времени определяли плотность контролируемого объема загрузки, отдельные элементы которого находи­ лись в различных температурных условиях и, следова­ тельно, на различных стадиях процесса коксования. Таким образом, фиксируемая величина плотности харак­ теризовала усредненную по ширине камеры плотность угольной загрузки и ее изменение в процессе коксования

На рис. 58 приведена схема размещения радиоизотоп­ ной аппаратуры на коксовой печи. Источник излучения 137Cs активностью 1,71 • 1010 с ~ 1 в контейнере типа Э-1м размещен у задней стенки, а детектор излучения — на две­ ри печи. Для увеличения интенсивности ионизирующего излучения на детекторе в кладке печи напротив коллима­ тора источника просверлены отверстия диаметром 25 мм. В качестве детектора применен фотоумножитель ФЭУ-53 со сцинтиллятором Nal (Т1) 40 X 20 мм. Сигнал с ФЭУ-53 через усилитель подается на пересчетный прибор

137