1.5. Коксовые батареи без улавливания химических продуктов коксования Разрабатываемые во второй половине 20-го столетия во многих промышленно развитых странах новые, в частности так называемые непрерывные процессы коксования, дойдя до стадии полузаводских исследований, пока не нашли промышленного применения в производстве кокса. И только в последнее десятилетие появилась, а вернее начала возрождаться технология производства кокса в печах без улавливания химических продуктов коксования (ХПК), начало которой было положено еще в 1912 году компанией "Иллавара Коук Компани ПТУай, Лтд, (ИКК) в Коулклиффе, Австралия. С 1995 г. фирма "Тиссен-Крупп" имеет лицензию на технологию производства кокса в печах без улавливания ХПК и предлагает эту технологию на мировой рынок. Потребность в этих печах определяется необходимостью создания коммерческих коксовых заводов в зеленых зонах и не связанных сетью газовых коммуникаций с доменными печами. Американская компания ЕПА наработала определенный опыт, показывающий преимущества этой технологии по сравнению с существующей технологией коксования и в связи со снижением спроса на химические продукты коксования. Технология производства кокса без улавливания побочных продуктов коксования заняла прочное положение на мировом рынке и успешно конкурирует с традиционной. Проекты строительства новых коксовых заводов запланированы для: Австралии на 1 млн. т кокса в год; Бразилии-1,5 млн. т/год, Индии - 0,72 и 1,75 млн.т/год, США - 1,25 млн. т/год. Данную технологию предлагают три компании: Сан Коук, США, Митсу-Энрон, Япония-США, Тиссен-Крупп ЭнКоук (ТКЕК), Германия. Первый завод был запроектирован ТКЕК и построен в Мексике по лицензии, представленной "Пенсильвания Коук Лтд" (ПАКТИ). После этого ТКЕК совместно с Иллавара Коук (ИКК), Австралия, построили две печи на существующем заводе ИКК в Коулклиффе (~50 км от Сиднея) и после проведения испытаний здесь была построена батарея из 58 печей с размерами камер, мм: ширина- 2740, длина-11380 и высота 2500. Разовая загрузка при периоде коксования 72 часа составила 28 т, при периоде коксования 96 часов34 тонны. Производительность батареи 130000 тонн/год. 58 печей обслуживаются одним комплектом машин в составе: - двух малых углезагрузочных вагонов, движущихся параллельно по верху печей. Каждый вагон обслуживает по два загрузочных люка; -одного коксовыталкивателя с планирной штангой, выталкивающей штангой с головкой и отсасывающей системой с фильтром. Головка штанги не имеет скользящего башмака, а опирается на широкий вал, движущийся по поду печи; 1 -одного коксотушильного вагона, движение которого осуществляется при помощи канатной лебедки. Вагон не имеет кабины и управляется дистанционно. Тушильная камера движется к обслуживаемой печи с помощью лебедки, установленной на вагоне. В табл. 1.5 приведены основные данные по коксовым батареям без улавливания химических продуктов коксования, без утилизации и с утилизацией тепла, действующим на нескольких предприятиях в США, Австралии и Индии. Таблица 1.5 Характеристика коксовых батарей без улавливания ХПК Фирма, страна Показатели Место расположения завода Год ввода Число печей (батарей) Длина х ширина камер, м Высота слоя загрузки, м Мощность по коксу, тыс. т/год Тип печей Число нисходящих газоводов на печь Способ загрузки Примечания "Illawara Coke",Австралия Коулклифф и Корримэл 1912 - 1960 58/82 (1/2) 10,7 х 2,75 1,3 250 КСС "Sesa Kembla", Индия Гоа "Jewell Coal& Coke", США Вансант "Indiana Harbor Coke Comp.", США Ист Чикаго 1966 84 (2) 10,7 х 2,75 1,2 300 Модифицированный КСС 1972-1990 150 (4) 11,4 х 3,0 1,0 630 ДжевеллТомпсон 1998 268 (4) 14,3 х 3,7 1,0 1200 ДжевеллТомпсон 2х1 Верхняя Опытные печи ТКЕС 2х2 Верхняя Испытания с трамбованием загрузки 2х3 Боковая 2х3 Боковая Утилизация тепла (40-50 МВт) Наиболее старые батареи находятся в Австралии: здесь фирма "Kembla Coal & Coke" (KCC) освоила конструкцию печей с верхней загрузкой без утилизации тепла. Отходящий газ отводится через нисходящие газоходы в дымовую трубу. Воздух для горения засасывается через предусмотренные отверстия в двери печи. Печи имеют на каждой боковой стене только один нисходящий газоход, по которому отходящий газ направляется вниз к подовым каналам. Печи Джевелла-Томпсона сооружены на коксовых заводах в Вансанте и Ист - Чикаго, США. На заводе фирмы "Indiana Harbor Coke Company" (IHCC) схема с утилизацией тепла применена впервые. Пар, генерируемый при утилизации отходящего газа, используют для выработки электроэнергии. Завод действует успешно. Хорошее распределение температур по длине и ширине печной камеры, а также на поду печи - важное условие равномерного коксования. Количество, конструкция и распределение нисходящих газоводов в стенах печи оказывает важное влияние на процесс обогрева, продолжительность коксования и, следовательно, производительность печи. Опытные печи фирмы "Tissen-Krupp EnCoke GmbH" (ТКЕС), построенные на заводе Коулклифф, имеют на каждой стороне три 2 нисходящих газохода, которые оборудованы элементами управления, что позволяет при вводе в эксплуатацию регулировать расход газа и распределение тепла. При таких конструктивных усовершенствованиях достигнуто значительное сокращение периода коксования. Если на старых печах типа КСС для коксования слоя шихты высотой 1,3 м требовалось 72 часа, то на новых печах продолжительность коксования составляет 48 ч. Высоту слоя уменьшили на 100 мм. Производство кокса в расчете на одну печь увеличилось с 3200 до 4500 т т.е. на 40%. Несмотря на такое значительное повышение производительности печи следует отметить, что печь без улавливания ХПК с полезным объемом камеры 50 м3 вырабатывает примерно 6,5 тыс. т/год кокса, тогда как в обычной печи такого же полезного объема с улавливанием ХПК получают ~13 тыс. т/год, а в печи полезным объемом 93 м3 на заводе Швельгерн в Германии 19 тыс. т/год. Таким образом, обычная коксовая батарея гораздо более компактна и отличается более высокой интенсивностью производства, чем батарея без улавливания ХПК. На заводе в Гоа, Индия, проведены испытания по коксованию трамбованной шихты в печах без улавливания ХПК. У кокса из трамбованной шихты неизменного состава показатель CSR повысился с 65 до 72-75%, а М40 - на 2-5%. Имеется возможность снизить М10 с 7 до 4-5%, а показатель CRI - с 22 до 17%. 1.5.1. Конструкция печи На рис.1.23-1.27 показаны общий вид коксовых батарей системы ТКЕК, а также поперечный и продольный разрезы печи. Основные отличительные признаки: -огнеупорная часть основной кладки выполнена из динаса (всего 8 марок изделий); -имеется система анкеража с подвижными анкерными колоннами и регулируемыми пружинами; -предусмотрено три нисходящих канала, регулируемых регистрами; -подовый обогрев имеет восемь регулируемых воздуховодов вторичного воздуха; -печь установлена на сплошных железобетонных плитах; холодный воздух для отвода тепла подается по опорным стальным балкам. Печи подключены к борову для дымовых газов. На рис.1.26 показана система отвода дымовых газов и устройство борова. Анкераж печей (рис.1.28,1.29) выполняет задачи отличные от анкеража коксовых батарей обычного типа. Здесь не требуется стяжка простенка, главной целью является лишь сопротивление равномерному расширению кладки при разогреве. Верхний анкераж печи осуществляется укороченной стяжкой, которая вместо обычной анкерной колонны крепится к шпале рельсового пути углезагрузочного вагона. Нижний анкераж имеет сквозную 3 стяжку, а пружины только на машинной стороне, так как здесь они более доступны. Доступность пружин и воздушных клапанов является хорошим техническим решением, т.к. новые печи имеют значительно большую высоту благодаря наличию системы воздушного охлаждения, изолирующих балок и подаче вторичного воздуха. Поскольку рельсовые пути углезагрузочного вагона и под печи являются фиксированными точками, они должны быть сильнее связаны с землей, поэтому усложняется техническое обслуживание. Анкерные колонны стягиваются двумя стяжными болтами через пружины со стороны фасада печи. При этом каждая колонна передает усилие на кладку печи через восемь нажимных болтов к стеновой броневой плите и четыре нажимных болта отдельной броневой плите у пода. Фасад печи и анкерные колонны отклоняются на угол 50 от вертикали, тогда как под остается горизонтальным. Анкерная колонна в основании имеет подшипник скольжения (рис.1.28). На ее верхнем конце укреплена кран-балка для приема поворотного блока дверной лебедки. Нажимные болты анкерной колонны передают силу сжатия на жесткие броневые плиты. Стальная плита в месте изгиба двери защищает огнеупорный материал от повреждения при снятии двери. Такое сочетание броневых плит, на которых лежит и по которым скользит дверь и подвижно скрепленной с ними стальной пластины в дверной перемычке, образует раму печи. Поэтому она выполнена из полосовой стали с жестким креплением, а не из литья (рис. 1.29). Разогрев каждой печи осуществляется с помощью двух специальных горелок. Горелки помещаются в местах дверных проемов и остаются там до тех пор, пока печь не разогреется до 10000С. 1.5.2. Экологическая характеристика Процесс коксования в печах без улавливания ХПК с утилизацией тепла идет при пониженном давлении, поэтому они становятся привлекательными в связи со снижением загрязняющих выбросов. Однако, должны быть решены проблемы предотвращения выбросов во время загрузки печей угольной шихтой. Печи без улавливания ХПК в Австралии и Индии загружаются сверху, а печные двери при этом закрыты. Печи в США имеют боковую загрузку, когда дверь с машинной стороны открыта и процесс сопровождается выбросом через открытый проем, особенно интенсивным в конце загрузки. Для загрузки трамбованной шихты с машинной стороны печи необходимый проем обеспечивается открыванием только нижней секции двери, тогда как верхняя секция остается закрытой и, следовательно, обеспечивается почти полное замыкание печного пространства и минимальное количество выбросов, которые достаточно легко локализовать 4 1.5.3. Утилизация тепла отходящего газа Утилизация тепла существенно влияет на экономические показатели производства. Идеальной схемой может быть сочетание коксового цеха с утилизацией тепла и имеющейся электростанции. Это дает значительную экономию капитальных затрат. Удачной также является комбинация с предприятием, которое потребляет произведенный пар в качестве технологического. Общее количество утилизируемого тепла можно дополнительно увеличить, если охлаждать кокс в установках сухого тушения (УСТК). Если считать, что коксовые батареи предприятия имеют мощность 1 млн. т кокса в год и утилизацией тепла обеспечивается электрическая мощность 80 МВт, то УСТК может дать дополнительно 16 МВт (~20%). При оценке по паропроизводительности предприятие с утилизацией тепла без УСТК может поставлять 270 т/час пара с параметрами: 5000С и 100 МПа, а с УСТК - 325 т/час пара. Приведенная краткая характеристика коксовых батарей без улавливания ХПК, без утилизации и с утилизацией тепла отходящих газов свидетельствует о том, что эта технология производства по техникоэкономическим и экологическим показателям конкурентоспособна классической технологии производства кокса с улавливанием химических продуктов коксования. Вполне допустимо, что в перспективе эта технология может оказаться полезной и выгодной для условий отдельных регионов России. 5
