Спосіб шарового коксування вугілля в горизонтальних печах з різною висотою камер

Изобретение относится к термической переработке углей и их смесей и может быть использовано в коксохимической промышленности для определения сырьевой базы и режима коксования в горизонтальных печах с разной высотой камер. Известен способ слоевого коксования углей в горизонтальных печах, включающий составление шихты из индивидуальных компонентов по показателю спекаемости "у" [1], комплексному показателю свойств углей Dt и последующее ее коксование со скоростью, не зависящей от абсолютного значения комплексного показателя и высоты камер коксовой печи. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ слоевого коксования углей, включающий составление шихты по показателям спекаемости и относительной потери массы (ОПМ, %). При этом шихту из отдельных углей составляют так, чтобы 44£ОПМ£51 и шихту с ОПМ, равным 44-47% коксуют со скоростью 27,4-29,0мм/час, а шихту с ОПМ=48-51% - со скоростью 24,027,0мм/час [3]. Основные недостатки известного способа состоят в следующем: 1. Деление шихт по показателю ОПМ только на две группы (44£ОПМ£47 и 48£ОПМ£51) не обеспечивает необходимой глубины дифференциации сырьевой базы с учетом особенностей условий коксования в существующих горизонтальных камерах, обогреваемых через боковые стенки и имеющих конусность (увеличение ширины) с машинной стороны на коксовую сторону. 2. Расчет скорости коксования (W, мм.ч-1), как отношения средней ширины камеры (в, мм) к периоду коксования (п.к., ч.) не учитывает существенного влияния на эту величину конусности камеры. Поскольку в известном способе скорости коксования менее 27мм.час-1 соответствуют шихты с ОПМ 48-51%, а скорости коксования более 27,4мм.час-1 - шихты с ОПМ 44-47%, то, следовательно, по известному способу коксовую камеру шириной 410мм при нормативном п.к.=15ч. нужно от машинной стороны до середины загружать шихтой одного марочного состава (с ОПМ=48-51%), а от середины до коксовой стороны - другого состава (с ОПМ=44-47%), что технически не осуществимо. Таким образом, принятая в известном способе форма выражения скорости коксования и связанная с ней дифференциация сырьевой базы коксования по показателю ОПМ не учитывают влияния конусности камеры и нуждаются в уточнении, прежде всего, - для наиболее распространенных коксовых печей со средней шириной камеры 410мм. 3. Известный способ не отражает влияния на качество кокса также и другого важного фактора - высоты камеры коксования. В существующих коксовых печах с высотой камеры от 4,3 до 7м для получения кокса с заданными показателями качества необходимо обеспечить равномерный прогрев загруженной шихты по высоте, а также устойчивость коксового пирога. Для этого применяют специальные приемы подбора и коксования шихты, не предусмотренные в известном способе. 4. Заявленному в известном способе интервалу средней скорости коксования (24£ W £29мм.ч-1) при средней ширине большинства находящихся в промышленной эксплуатации камер коксовых печей 410мм соответствует интервал значений периода коксования от 14,1,до 17ч. Вместе с тем, на практике устанавливают значительно большие периоды коксования (20 и даже 25ч.), для которых рациональные значения ОПМ шихты и скорости ее коксования известным способом не могут быть определены. Все это приводит к ухудшению показателей качества кокса. Задачей, решаемой предлагаемым способом, является повышение качественных показателей (механической прочности) кокса, получаемого в коксовых печах с разной высотой камер за счет более глубокой дифференциации сырьевой базы коксования по показателю ОПМ и выбора соответствующих ему наиболее рациональных условий коксования по показателю скорости подъема температуры в осевой (продольной) плоскости загрузки (W о.п.) для печей с разной высотой камер печей. Эта задача достигается тем, что в способе слоевого коксования углей в горизонтальных печах, включающем составление шихты по показателю относительной потери массы (ОПМ) и коксование ее с разной скоростью в зависимости от величины ОПМ, шихту для коксования составляют по показателю ОПМ так, чтобы 43,5£ОПМ£52, а в качестве показателя скорости коксования используют среднюю скорость подъема температуры в осевой плоскости коксуемой загрузки, при этом для печей с высотой камеры до 4,3м составляют шихту с ОПМ 48,5-52% и коксуют ее со скоростью подъема температуры в осевой плоскости 66-72град.ч-1, а для печей с высотой камер 5-6м -шихту с ОПМ 46,5-48,4% и коксуют ее со скоростью 56-62град.ч-1, а для печей с высотой камер 7м- шихту с ОПМ 43,5-46,4% и коксуют ее со скоростью 48-52 град.ч-1. Отличительные признаки способа обеспечивают: - Более широкий диапазон изменений значений показателя ОПМ и более глубокая дифференциация по величине этого показателя расширяют возможность обеспечения сырьевой базой коксовых печей разной высоты. - Выбор в качестве показателя скорости коксования средней скорости подъема температуры в продольной осевой плоскости коксуемой загрузки позволяет повысить равномерность прогрева коксуемой загрузки по длине и высоте камеры коксования и вследствие этого повысить качество получаемого кокса. - Взаимосвязь между численными значениями показателей ОПМ, скорости подъема температуры в осевой плоскости коксуемой загрузки и высотой камеры коксования делает возможным поддерживать рациональный режим коксования, а, следовательно обеспечивает улучшение качества кокса, усиливая его механические свойства. Таким образом, каждый из признаков позволяет, а вся совокупность обеспечивает решение поставленной задачи. Сущность способа заключается в следующем. Пробы индивидуальных компонентов, подлежащих шихтованию, нагревают от 400 до 700°С и определяют потерю массы в интервалах температур 400-500 и 400-700°С. По результатам этого определения рассчитывают показатель ОПМ как отношение потерь массы в температурных интервалах 400-500 и 400-700°С. После этого составляют шихту так, чтобы для нее обеспечивалось соотношение 43,5£ОПМ£52. Составленную таким образом шихту с ОПМ 48,5-52% коксуют в печах с высотой камер 4,3м со скоростью подъема температуры в осевой плоскости коксуемой загрузки, равной 66-72 град.ч-1, с ОПМ 46,5-48,4% - в печах с высотой камер 5-6м со скоростью 56-62 град.ч-1, а с ОПМ 43,5-46,4 - в печах 7м со скоростью 48-52 град.ч-1. Скорость подъема температуры в осевой плоскости коксуемой загрузки (W о.п.) рассчитывают по известному уравнению: 1050 ± 50 Wо.п. = , град / ч, п.к. где: 1050±50 - средняя конечная температура в осевой плоскости коксового пирога, °С; п.к. - период коксования, ч. На основании эмпирических знаний с корректировкой на конкретные условия (конструкция и состояние печей, вид отопительного газа и др.) обеспечивают соблюдение требуемого температурного режима коксования и обогрева коксовых печей в соответствии с правилами технической эксплуатации [4]. Примеры осуществления способа. Для испытания заявляемого способа готовили опытные шихты разного марочного состава из концентратов ряда обогатительных фабрик (табл. 1, 2). Марочный состав и показатели качества восьми вариантов опытных шихт, содержащих разные массовые доли этих концентратов и соответственно разные количества малометаморфизованных отощающих компонентов (МОК), хорошо спекающихся компонентов (ХСК) и высокометаморфизованных отощающих компонентов (ВОК), представлены в таблице 2. Опытные шихты испытывали методом серийных коксований на разных коксохимических заводах в печах с камерами шириной 410мм и высотой от 4,3 до 7м. Пример 1. На коксовой батарее № 5 Запорожского коксохимического завода в камерах высотой 4,3м проводили серийные коксования опытной шихты (табл.2, вар.4). По известному способу эту шихту с ОПМ=48,2% (из интервала 51³ОПМ³48) следует коксовать со скоростью из интервала 27³ W ³24 мм.ч-1. Заданную скорость достигали при температурах в контрольных вертикалях машинной и коксовой сторон 410 W= = 26,5мм.ч-1. 15,5 соответственно - 1270 и 1310°С. Период коксования составил 15,5ч., т.е. При этом на коксовой стороне камеры скорость коксования значительно больше 435 -1 Wк.с. = = 28,1 мм.ч 15,5 ), что по известному способу отвечает условиям коксования шихты других состава и ( качества (из интервала 47³ОПМ³44%), т.е. часть шихты коксуют при нерациональном режиме, что снижает качество кокса. Поскольку в печах высотой 4,3м прогрев загрузки по высоте происходит достаточно равномерно, опытные шихты вариантов 1-3 (табл.2) коксовали по заявленному способу при повышенных температурах в обогревательных простенках машинной и коксовой сторон (1280-1290 и 1320-1330°С соответственно), что -1 обеспечило заданный темп подъема температуры в осевой плоскости загрузки ( Wо.п. = 66 - 72град.ч ). В таблице 3 сопоставлены показатели механической прочности кокса, полученного известным и заявляемым способами. Данные таблицы 3 подтверждают возможность улучшения механических свойств кокса при использовании заявляемого способа коксования вместо известного: при коксовании в печах с камерой высотой 4,3м шихты с показателем ОПМ из интервала 48,5-52% со скоростью подъема температуры в осевой плоскости загрузки из интервала 66-72град.ч-1 обеспечивается снижение дробимости (по М25 на 0,5-2,1%) и истираемости (по М10 на 0,1-0,4%) кокса. При другом сочетании свойств шихты (ОПМ=48,2 или 52,5%) и режима коксования (Wo.п.=62град.ч-1) эффект упрочнения кокса снижается или вообще отсутствует. Увеличение скорости подъема температуры в осевой плоскости загрузки сверх испытанного значения 72град.ч-1 не может быть реализовано, поскольку из уравнения (1) следует, что для этого период коксования должен быть меньше минимально допустимого по условиям обслуживания промышленных коксовых печей (14,3ч.) Пример 2. На коксовой батарее № 1-бис Запорожского коксохимического завода в камерах высотой 7м проводили серийные коксования опытной шихты (табл.2, вариант 5). По известному способу эту шихту с ОПМ=46,5% (из интервала 47³ОПМ³44) следует коксовать со скоростью из интервала 29³ W ³27,4мм.ч-1, для обеспечения которой устанавливали температуру в контрольных вертикалах машинной и коксовой сторон соответственно 1290 и 1330°С. 410 W= = 27,7 мм.ч -1. 14,8 При этом на машинной стороне камеры Период коксования составил 14,8ч., т.е. 385 = 26,0 мм.ч -1 14,8 ,что соответствует условиям коксования другой шихты (с скорость коксования была ОПМ из интервала 48-51%), т.е. и в этом примере часть загрузки коксовали известным способом в нерациональном режиме. В тех же печах коксовали заявляемым способом опытные шихты (табл.2, варианты 58), причем, учитывая недостаточно равномерный прогрев загрузки по высоте 7-метровых камер, а также необходимость повысить устойчивость коксового пирога, принимали более низкие, чем в примере 1 скорости подъема температуры в осевой плоскости загрузки (W o.п.). Показатели качества кокса, полученного известным и заявляемым способами, сопоставлены в табл.4. Анализ данных табл.4 позволяет заключить, что рациональное сочетание свойств шихты (ОПМ=43,5-46,4%) и условий ее коксования (W о.п.=48-52град.ч-1) позволяет в коксовых печах с камерой высотой 7м получать Wм.с . = заявляемым способом более прочный кокс, чем известным способом (по М25 на 1,4-1,7%, по М10 на 0,5-0,7%). Пример 3. В коксовых печах с высотой камеры 5м (коксовая батарея №3 Горловского КХЗ) испытывали методом серийных коксований опытные шихты, марочный состав и показатели ОПМ которых аналогичны вариантам 3-6 (табл.2). Температурный режим серийных коксований известным способом опытных шихт с ОПМ=48,5% (вариант 3, табл.2) и с ОПМ=46% (вариант 6, табл.2) обеспечивал их коксование с соответствующими средними скоростями W =26,8 и 27,7мм.ч-1. В тех же коксовых печах коксовали опытные шихты того же и иного (вар. 4 и 5, табл. 2) марочного состава со средними скоростями подъема температуры в осевой плоскости загрузки из интервала 55-62град.мин.-1. Сопоставление показателей прочности опытных коксов дано в табл.5. Анализ данных таблицы 5 позволяет заключить, что рациональное сочетание в заявляемом способе свойств шихты (ОПМ=46,5-48,4%), режима коксования (W o.п.=56-62град.ч-1) и конструкции коксовой печи (высота камеры 5-6м) обеспечивает получение кокса повышенной механической прочности по сравнению с известным способом (по М25 на 0,5-1,7% и по М10 на 0,1-0,6%). Аналогичные результаты получены при коксовании опытных шихт в печах с высотой камер 5,5 и 6м. Таким образом, представленные в табл.3, 4, 5 результаты испытания опытных шихт в промышленных коксовых печах с камерами разной высоты с учетом допустимых колебаний марочного состава шихт в производственных условиях ±2% (ПТЭ-85, п.4.36) и обусловленных ими возможных отклонений показателя ОПМ шихты от задаваемого значения (±0,2%), а также с учетом возможных и допустимых отклонений от задаваемых значений температур в контрольных обогревательных простенках ±10°С (ПТЭ-85, п.7.194) и обусловленных ими возможных отклонений средней скорости подъема температуры в осевой плоскости камеры (±2град.ч-1) наиболее рациональным является следующее сочетание отличительных признаков заявляемого способа: - шихты с показателями ОПМ из интервала 46,4³ОПМ³43,5% коксовать в коксовых камерах высотой 7м со скоростью подъема температуры в осевой плоскости камеры 48-52град.ч-1; - шихты с показателем ОПМ из интервала 48,4³ОПМ³46,5% коксовать в коксовых печах с высотой камеры 56м со скоростью подъема температуры в осевой плоскости камеры 56-62град.ч-1; - шихты с показателем ОПМ из интервала 52³ОПМ³48,5% коксовать в печах с высотой камеры 4,3м со скоростью подъема температуры в осевой плоскости камеры 66-72град.ч-1.