Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор 9
1.1. Современное состояние и проблемы сланцеперерабатывающей промышленности 9
1.2. Газосланцевые камерные печи и их использование для прокаливания нефтяного кокса 14
1.3. Сланцевые газогенераторы и предпосылки переработки в них угля для получения полукокса-восстановителя 29
1.3.1. Сравнение сланцевых газогенераторов и печей для полукоксования угля 29
1.3.2. Состояние угольной сырьевой базы 38
1.3.3. Характеристика и требования к качеству углеродистых восстановителей для электротермических производств 44
Глава 2. Исследования и разработки по совершенствованию процесса прокаливания кокса в камерных печах 55
2.1. Теоретическое обоснование и исследование возможности повышения качества коксов для производства анодных материалов на стадии термообработки 55
2.2. Изучение характера взаимосвязи между режимными параметрами процесса прокалки, качеством сырья и продукции 76
2.2.1. Природа, состав и свойства сырья 76
2.2.2. Влияние спекаемости на показатели работы промышленной прока-лочной печи 79
2.2.3. Температура и продолжительность прокалки 85
2.3. Исследование и пути решения проблемы загрязнения прокаленного кокса микропримесями кремния и железа 89
2.3.1. Анализ характера взаимосвязей между содержанием примесей в сыром и прокаленном коксах 91
2.3.2. Исследование факторов, влияющих на уровень содержания железа в прокаленном коксе 96
2.3.3. Изучение источников и степени загрязнения кокса железом 103
2.3.4. Исследование возможностей и направлений снижения содержания железа в коксе 111
2.4. Разработка вариантов перевода камерных печей на отопление газами несланцевого происхождения 119
2.4.1. Разработка технических решений по использованию в камерных печах богатого отопительного газа 120
2.4.2. Разработка и промышленная реализация системы обогрева печей специально приготовленным бедным отопительным газом 130
2.5. Разработка и внедрение новых конструкций печей с улучшенными экологическими показателями и повышенным сроком службы 140
Глава 3. Разработка технологии термической переработки каменных углей в сланцевых газогенераторах 154
3.1. Характеристика исходных углей 154
3.2. Лабораторные исследования процесса термообработки углей 157
3.2.1. Изучение влияния температуры на выход продуктов и состав газа термообработки углей 159
3.2.2. Характеристика жидких продуктов полукоксования 165
3.2.3. Исследование коксовых остатков термообработки углей 170
3.3. Исследование и освоение процесса полукоксования углей в промышленном газогенераторе 177
3.3.1. Изучение особенностей полукоксования углей в газогенераторе 178
3.3.2. Характеристика промышленных партий полукокса и результаты их опробования в производствах кристаллического кремния и ферросплавов 187
3.4. Оценка экономической эффективности перевода сланцевых газогенераторов на переработку углей 194
Выводы 199
Литература 202
Приложения 212
Приложение
- Газосланцевые камерные печи и их использование для прокаливания нефтяного кокса
- Изучение характера взаимосвязи между режимными параметрами процесса прокалки, качеством сырья и продукции
- Лабораторные исследования процесса термообработки углей
- Оценка экономической эффективности перевода сланцевых газогенераторов на переработку углей
Введение к работе
Сланцеперерабатывающая промышленность на северо-западе России и бывшего СССР достигла в свое время значительного развития. Свыше 50 лет назад в г. Сланцы Ленинградской области был пущен в эксплуатацию сланцеперерабатывающий завод (ныне ОАО "Завод "Сланцы"). Основным его назначением (как и однотипного предприятия в г. Кохтла-Ярве в Эстонии) было производство высококалорийного газа из горючих сланцев для бытового снабжения Ленинграда. Эта задача была успешно решена. Однако после того, как на северо-запад страны начал поступать природный газ, производство сланцевого газа, которое изначально дотировалось государством, стало абсолютно неконкурентоспособным. В настоящее время камерные печи для переработки сланца на бытовой газ в Эстонии полностью демонтированы, а на заводе "Сланцы" применяются по совершенно другому назначению - для прокаливания привозного кокса с установок замедленного коксования нефтеперерабатывающих заводов. Прокаленный кокс широко используется для производства анодной продукции и графитированных электродов и потребность в нем постоянно растет. В связи с этим изучение возможностей совершенствования технологии прокаливания кокса в печах не имеющих аналогов в мире, и улучшения качества прокаленного материала представляет несомненный интерес.
Другим типом сланцеперерабатывающих агрегатов являются газогенераторы. Из-за неудовлетворительных экономических и экологических показателей (главным образом в связи с образованием большого количества зольных отходов) переработка сланца в них в последние годы значительно сократилась и в ближайшей перспективе может быть полностью прекращена. Поэтому становится актуальной проблема использования высвободившихся агрегатов для переработки других видов топлива с получением продуктов, пользующихся постоянным спросом. К таким продуктам относится, например, каменноугольный полукокс, используемый в качестве восстано-
вителя в различных электротермических процессах и, следовательно, каменные угли можно считать перспективным сырьем для полукоксования в газогенераторах. Однако особенности данной технологии и условия получения в газогенераторах углеродистых восстановителей необходимого качества требуют специального изучения.
Таким образом, в условиях перепрофилирования сланцеперерабатывающих производств исследования, направленные на совершенствование процесса прокаливания кокса в камерных печах и разработку технологии полукоксования каменных углей в газогенераторах, следует признать весьма актуальными. Цель и задачи работы
Комплексное исследование процесса прокаливания нефтяного кокса в камерных печах для совершенствования технологии и улучшения экологических показателей производства. Разработка и промышленное освоение технологии полукоксования углей в сланцевых газогенераторах.
Основными задачами работы являлись:
изучение характера взаимосвязей между режимными параметрами процесса прокаливания кокса, качеством сырья и прокаленного продукта;
исследование и поиск путей решения проблемы снижения загрязнения прокаленного кокса микропримесями железа;
разработка и опытно-промышленное опробование вариантов перевода камерных печей на отопление газами несланцевого происхождения;
разработка и внедрение новых технических решений с целью повышения качества прокаленного кокса, экологических показателей производства и увеличения срока службы камерных печей;
изучение влияния состава, технологических свойств и температуры
7 термообработки каменных углей на выход и качество получаемых продуктов;
исследование и промышленное опробование партий каменноугольного полукокса в производствах кристаллического кремния и ферросплавов;
изучение особенностей и освоение технологии полукоксования каменных углей в промышленном газогенераторе.
Научная новизна
Исследован механизм регулирования свойств прокаленного кокса за счет изменения состава газовой среды при термообработке в условиях, моделирующих процесс прокаливания в камерных печах. Установлено влияние степени развитости поверхности зёрен кокса на его эксплуатационные характеристики как наполнителя электродной продукции. Показана идентичность механизма упорядочения структуры углеродистого вещества различных нефтяных коксов при повышении как температуры, так и длительности их прокаливания.
Впервые по единой методике выполнены сравнительные исследования и изучены закономерности изменения выхода и качества продуктов термодеструкции углей марок Д, ДГ и СС в условиях полукоксования и коксования в широком температурном диапазоне. Выявлена степень влияния генетических и технологических факторов на формирование структуры коксовых остатков на разных стадиях термообработки углей. Практическая ценность и реализация в промышленности
В результате исследований, направленных на совершенствование технологии прокаливания нефтяного кокса в камерных печах:
- используются для оперативного управления процессом выявленные в
работе зависимости между спекаемостью сырья и производительно
стью печей, а также между режимными параметрами процесса и дей
ствительной плотностью прокаленного кокса;
разработаны рекомендации, внедрение которых позволило снизить в прокаленном коксе содержание микропримесей железа в среднем с 1000 до 600 ррт;
разработаны технические предложения, на основе которых выполнен проект реконструкции отопительной системы печей для перевода их на отопление искусственно приготовленными газовыми смесями несланцевого происхождения;
разработан ряд новых технических решений и оригинальных конструкций камерных печей, позволивших улучшить технико-экономические и экологические показатели производства.
Внедрение новых разработок позволило к 2001 г. по сравнению с 1995 г. увеличить производство прокаленного кокса в 1,6 раза и срок службы печей в среднем на 4 года. Высокий уровень производства прокаленного нефтяного кокса на заводе "Сланцы" подтвержден выданными в октябре 2002 г. сертификатами соответствия системы менеджмента качества и системы качества ОАО "Завод "Сланцы" требованиям международных стандартов ИСО 9001: 2000 иГОСТРИСО 9001: 2001.
Освоена технология и налажена серийная переработка каменных углей в промышленном газогенераторе. Переработано с получением товарной продукции свыше 30 тыс.т углей. Получено 10 промышленных партий полукокса объемом от 1 до 4,5 тыс.т, которые успешно опробованы в производствах кристаллического кремния (в Норвегии) и ферросплавов (на предприятиях России и Казахстана).
Фактический экономический эффект от внедрения разработок по теме диссертации за период 1997-2002 гг. составил 17,4 млн.руб. (в ценах на 01.09.02).
По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 7 статей, тезисы 3 докладов и 6 патентов.
Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литерату-
9 ры и приложений. Работа изложена на 246 страницах, включает 46 таблиц и 44 рисунка. Список литературы содержит 104 наименования.
Газосланцевые камерные печи и их использование для прокаливания нефтяного кокса
ОАО "Завод "Сланцы" (в прошлом сланцеперерабатывающий завод "Сланцы") был введен в эксплуатацию в 1952 году. Главное назначение завода состояло в организации производства искусственного отопительного газа для снабжения Ленинграда с использованием процесса непрерывного коксования сланца в камерных печах.
Вертикальные камерные печи и реторты используются для термической переработки различных топлив уже давно [2-7]. В зарубежной практике они получили свое развитие преимущественно на газовых заводах для выработки бытового газа и кокса для коммунальных и бытовых нужд.
Конструкция существующих на заводе "Сланцы" камерных печей была разработана в середине 30-х годов [1] и принципы выбранной технологии сохранялись во всех последующих модификациях камерных сланцеперерабатывающих печей вплоть до их окончательной остановки в связи с прекращением в 1987 году переработки сланца в этих агрегатах.
Основным видом электродного сырья для алюминиевой и электродной промышленностей в конце 60-х годов становится нефтяной кокс замедленного коксования. Традиционный метод прокаливания этого кокса во вращающихся печах базировался на использовании только крупнокускового материала. В то же время, до 50% продукции установок замедленного коксования нефтеперерабатывающих заводов в виде мелкого кокса (менее 25 мм) использовалось неквалифицированно - чаще, как топливо.
Быстрые темпы развития цветной металлургии на рубеже 70-х годов привели к образованию острого дефицита углеродного сырья. Страна вынуждена была покрывать его крупными закупками прокаленного кокса за рубежом.
С целью решения этой проблемы была предпринята попытка осуществить процесс прокаливания нефтяного кокса в камерных сланцеперерабатывающих печах. Испытания показали реальную возможность использования данных агрегатов для прокаливания мелочи нефтяного кокса [8] и к 1970 году процесс был реализован на части сланцеперерабатывающих печных батарей завода "Сланцы".
Перевод камерных печей на режим прокаливания нефтяного кокса привел к повышению температурного уровня процесса (на 100С) и снижению производительности отдельной камеры по сырью (с 16 т/сут до 6-7 т/сут), но практически не затронул конструкцию агрегата.
Процесс прокаливания осуществлялся следующим образом (рис. 1.3). Загрузка сырья в камеру производилась периодически с помощью загрузочного вагона по мере опускания уровня кокса в камере. Кокс под действием силы тяжести продвигался в камере сверху вниз, проходя постепенно зоны нагрева, выдержки и охлаждения.
Газоотводящие окна в прокалочной камере разделяют условно агрегат по высоте на зону прокаливания (верх) и зону охлаждения (низ). Газ прокалки вместе с водяными парами удаляется за счет создаваемого минимального разрежения на выходе из камеры.
Нагрев материала производится косвенным путем за счет тепла, выделяющегося при сжигании стороннего отопительного газа в межкамерных простенках.
Выгрузка прокаленного кокса из камер осуществлялась в первые годы эксплуатации процесса через водяную ванну разгрузочного устройства мокрого тушения, а в дальнейшем с использованием шнекового устройства сухого типа [9].
Основные характеристики динасовых печей, использовавшихся в период освоения процесса прокалки, приведены в табл.1.2.
Создание промышленного производства прокаленного нефтяного кокса на базе камерных газосланцевых печей на заводе "Сланцы" было осуществ лено в сжатые сроки без наличия достаточной научно-технической проработки.
Переход от кускового сланца к мелкому нефтяному коксу был связан со значительными трудностями, основными из которых были:- повышенная спекаемость мелкого нефтяного кокса и отсутствие методики контроля этого показателя;- низкая газопроницаемость слоя мелочи нефтяного кокса, которая создавала повышенные давления в печах;- наличие мокрого тушения прокаленного кокса при выгрузке его из камер, что было экономически и технически неэффективным.
Благодаря творческому союзу работников сланцеперерабатывающей промышленности и научно-исследовательских организаций, на установке прокалки на протяжении ряда лет совершенствовались технология прокалки кокса, процессы охлаждения и сушки прокаленного продукта, претерпели изменения отдельные узлы прокалочных печей, значительно улучшились условия труда персонала [9]. К концу 80-х годов процесс прокаливания мелкого нефтяного кокса в камерных печах был практически освоен, превратившись в крупного и стабильного поставщика углеродного сырья для отечественной электродной промышленности.
В то же время дальнейшее развитие производства и повышение его технико-экономических показателей сдерживалось крайне низким сроком службы батарей камерных печей (4-6 лет), повышением требований потребителей к качеству прокаленного кокса по однородности и содержанию примесей, перспективой ликвидации производства сланцевого генераторного газа - основного топлива прокалочных печей.
Стало очевидным, что без специальных исследований нельзя достигнуть показателей производства, соответствующих мировому уровню, а также длительной и устойчивой работы камерных печей. Эмпирически определенные ранее показатели процесса в условиях изменившихся сырьевой и потре
Изучение характера взаимосвязи между режимными параметрами процесса прокалки, качеством сырья и продукции
Главная цель процесса прокалки - достижение нормативного уровня действительной плотности кокса и однородность его качества по каждой камере прокалочной батареи.
Основными факторами, влияющими на качество товарного кокса, являются температура обогрева и производительность печей. Характер взаимосвязи между этими показателями и действительной плотностью прокаленного кокса изучался и ранее, однако соответствующие исследования [14] проводились на печах, конструкция которых за прошедшее с тех пор время (10-15 лет) претерпела существенные изменения. За истекший период изменились также состав поставщиков, крупность и качество поставляемого сырого кокса, для которого стали закономерными колебания показателя спекаемо-сти. Влияние этих факторов на качество прокаленного кокса практически выражается в неуправляемом изменении производительности печей при одной и той же заданной скорости их выгрузки.
. Природа, состав и свойства сырья Поставляемый в последние годы на завод "Сланцы" нефтяной кокс получают преимущественно из прямогонных остатков (главным образом, гудрона). Из такого сырья производят, например, кокс на установках замедленного коксования (УЗК) Пермского, Новокуйбышевского и Красноводского НПЗ. На Волгоградском НПЗ в составе сырья для коксования, кроме гудро на, доля которого по разным УЗК составляет от 33 до 91%, используют также крекинг-остатки, экстракты, асфальтены, масляный дистиллят.
После прокалки в стандартных условиях (1300С, 5 час.) действительная плотность кокса из прямогонных остатков в среднем на 0,01-0,15 г/см превышает таковую для кокса из крекинг-остатков [11]. Однако вследствие неоднородности, плотность кокса даже из одного и того же остаточного сырья может колебаться и в более широких пределах [10].
Коксы разных поставщиков отличаются друг от друга степенью "недо-коксованности", а следовательно, и содержанием смолистых веществ. Количественно эти отличия выражаются разной величиной показателя спекаемо-сти (по методу Рога без отощающейся добавки). С целью оценки влияния этого показателя и природы сырья на действительную плотность прокаленного кокса были проведены лабораторные исследования с использованием проб кокса пяти основных поставщиков.
Прокалка образцов коксов крупностью 0-3 мм осуществлялась в фарфоровых тиглях в муфельной печи при максимальной температуре 1170С с выдержкой в течение 5 часов. Смеси коксов подбирались таким образом, чтобы получить образцы, отличающиеся по спекаемости, но близкие по выходу летучих.
Характеристика образцов коксов и их смесей, а также результаты определения их действительной плотности после прокалки в одинаковых условиях представлены в табл. 2.5.Как видно из приведенных данных, действительная плотность индиви-дуальных образцов после прокалки колебалась с отклонением ±0,01 г/см . При этом самую низкую плотность имел пермский кокс, характеризовавшийся наибольшой спекаемостью (66,4 ед.) и наименьшей плотностью до прокалки.
Среди смесей коксов меньшей плотностью также отличались образцы, содержавшие наибольшее количество высокоспекающегося пермского кок са. С другой стороны, продукты прокалки смесей, спекаемость которых изменялась от 14 до 40 ед., имели разброс по действительной плотности на уровне допустимой ошибки при определении этого показателя. В связи с этим можно утверждать, что для стабилизации качества кокса по действительной плотности необходимо, в частности, обеспечить усреднение сырья для работы в возможно более узком диапазоне спекаемости в пределах регламентируемой нормы (например, на уровне 20-40 ед.). Влияние природы сырья в выбранных лабораторных условиях прокаливания в данном случае незначительно.
Основным условием стабильности процесса прокаливания, а значит и качества прокаленного кокса, является равномерное и непрерывное движение кокса в камерах. Задержки в сходе кокса приводят к образованию застойных зон и так называемых зависаний кокса, локальным перегревам и даже аварийным ситуациям.
Одной из основных причин зависаний является, как было показано ранее [9], повышенная спекаемость коксового сырья, которая в промышленных условиях путем шихтовки поддерживается на уровне 20-50 ед. Как показал многолетний опыт, это не гарантирует отсутствие возникновения зависаний кокса в печи.
Длительный статистический анализ заводских данных показал (рис.2.7), что в случае присутствия в шихте кокса со спекаемостью более 50 ед. наблюдается четкая взаимосвязь между его содержанием и частотой зависаний. Об адекватности полученного уравнения регрессии при вероятности 95% свидетельствует попадание 75% всех точек в границы доверительного интервала. При спекаемости смешиваемых коксов менее 50 единиц какой-либо закономерности не обнаружено.
Отсюда сделан вывод, что при имеющемся разбросе в спекаемости исходных коксов и существующей грубой их шихтовке, в камерную печь наряду с низкоспекающимся, сконцентрированно попадает и высокоспекающий-ся кокс. Именно по этой причине, вероятнее всего, и возникают зависания при внешнем соблюдении регламентных норм по качеству сырьевой шихты.
В условиях расширения сырьевой базы в последние годы на прокаливание стали поступать помимо традиционного нефтяного кокса крупностью 0-25 мм суммарный кокс (0-250 мм) и мелочь (0-8 мм).В ходе анализа фактических заводских данных была выявлена четкая взаимосвязь между спекаемостью и крупностью перерабатываемого сырого кокса (рис.2.8), что потребовало при осуществлении шихтовки сырья обязательно учитывать и этот показатель.
Существующий способ учета производительности печей по числу оборотов разгрузочного шнека, как показал промышленный опыт, не всегда позволяет точно определить фактическую массу выгружаемого прокаленного кокса. В большой мере это связано с изменением в процессе прокалки гранулометрического состава и насыпной плотности выгружаемого материала за счет колебаний спекаемости сырья.
Для оценки влияния спекаемости сырья на массу порции кокса, выгружаемого за один оборот шнека, была выполнена статистическая обработка цеховых данных за период длительностью в 40 суток. Средневзвешенная масса порции кокса от одного оборота шнека определялась как частное от деления суточной выработки прокаленного кокса (по данным ленточных весов) на количество работающих камер и количество оборотов шнека за данные сутки по всем батареям камерных печей. К полученной величине привязывался показатель спекаемости сырья со сдвигом в 72 часа (среднее время прохождения кокса через камерную печь).
Анализируемая зависимость графически отображена на рис.2.9. Исходя из характера распределения точек на рисунке можно утверждать, что влия ниє спекаемости на массу выгрузки начинает более или менее заметно проявляться при значениях индекса Рога выше 20 ед. и наиболее существенно -выше 40 ед. Обработка массива данных показала относительно низкий коэффициент корреляции (-0,401). Тем не менее, эта величина является достаточной для принятия положительного решения о наличии корреляции, так как расчетный критерий Стъюдента (2,63) превышает табличное значение (2,03) при доверительной вероятности 95%.;
Лабораторные исследования процесса термообработки углей
Опыты по термообработке углей проводились на установке, схема которой изображена на рис. 3.1.
Термообработка угля осуществлялась в стальной реторте, помещавшейся в шахтную электропечь типа СШОЛ-1-1,6/12-МЗ с блоком автоматического управления для поддержания заданной температуры с точностью ±5С. Масса загрузки в каждом опыте составляла 300 г. Перед загрузкой уголь измельчался до максимальной крупности 30 мм.
Загруженный в реторту уголь нагревался до заданной температуры и выдерживался при ней в течение 1 ч. После этого обогрев выключался и реторта охлаждалась. Выделявшиеся в ходе опыта продукты поступали в систему охлаждения и конденсации. Смоловодяная смесь собиралась в охлаждавшихся льдом приемниках. Газ выходил через часы в атмосферу, средняя проба его отбиралась в газометры.
Выход кокса (полукокса) и жидких продуктов определялся путем взвешивания содержимого реторты и приемников до и после опыта. Раздельное определение смолы и воды осуществлялось после отстаивания в делительных воронках и определения остаточного содержания воды в смоле. Конечная температура термообработки углей изменялась от 550 до 1000С. Скорость нагревания материала поддерживалась на уровне 4-5 град/мин.
Результаты опытов по термообработке углей представлены в табл.3.2. Из приведенных данных видно, что для всех углей с повышением температуры нагревания материала закономерно снижается выход твердого остатка при одновременном увеличении выхода газа. На выход смолы изменение температуры в реакторе влияния практически не оказывает, что в условиях постепенного нагревания с эвакуацией летучих продуктов из зоны разложения без заметного вторичного пиролиза совершенно естественно. Что касается абсолютных значений выхода продуктов термообработки, то они зависят от химического состава и особенностей структуры исходного угля, определяющихся стадией метаморфизма.
Известно [40], что структура высокометаморфизированных углей, к которым, в частности, относятся угли марки СС, отличается большим числом развитых полиароматических образований и высокой степенью сшитости
В процессе термообработки этих углей от макромолекул преимущественно отщепляются и в виде летучих удаляются лишь относительно небольшие группы и боковые цепи, а основная структура без существенного распадапереходит в полукокс. В противоположность этому, малометаморфизиро-ванные угли (например, угли марок Д и ДГ) содержат большое количество кислорода в виде функциональных групп и в других формах. При термодеструкции таких углей не просто отщепляются отдельные группы и фрагменты, но подвергается распаду основная цепь макромолекулы угольного вещества. В результате образуется большое количество низкомолекулярных продуктов в виде смоляных паров и газов при сравнительно низком выходе твердого остатка.
Результаты проведенных нами опытов вполне согласуются с этими представлениями (см. табл.3.2). Действительно, при термообработке угля СС достигается наибольший выход твердого остатка (79 - 83%) при наименьшем выходе смолы (всего около 5%). В то же время при деструкции углей марок Д и ДГ выход твердого остатка заметно ниже (60 - 69%), а смолы - выше (11 - 14%). Выше в данном случае и выход воды (8-9 против 3%), а при нагреве до 700С и более - также и газа (13 - 17 против 11 - 13%).3аметим, что по выходу продуктов термообработки оба вида длиннопламенных углей (кузнецкий и колумбийский), отличаясь от угля СС, весьма близки между собой (рис.3.2).
Следует указать, что термообработка колумбийского угля сопровождалась, в отличие от других углей, частичным спеканием, прочность которого заметно возрастала с увеличением температуры. В связи с этим можно было предположить, что при переработке колумбийского угля в непрерывнодей-ствующих печах потребуются дополнительные меры для обеспечения бесперебойного схода материала.
Влияние температуры нагревания и химической природы исходных углей на процесс их термических превращений иллюстрируют и данные по составу образующегося газа (табл.3.3 и 3.4). Главными его компонентами являются водород и метан. При этом во всем исследованном температурном диапазоне содержание этих компонентов в газах из слабоспекающегося угля
Оценка экономической эффективности перевода сланцевых газогенераторов на переработку углей
На основании результатов проведенных исследований и испытаний разработаны технологический регламент производства каменноугольного полукокса в газогенераторном цехе ОАО "Завод "Сланцы" (ТР-01-02-039-97) и технические условия на полукокс (ТУ 0772-006-00149452-97). Применительно к колумбийскому углю марки ДГ и кузнецкому марки СС новая технология полностью освоена, и в одном из газогенераторов налажена серийная промышленная переработка каменных углей. Накопленные данные позволяют оценить технико-экономические показатели процесса и эффективность перевода сланцевых газогенераторов на переработку углей.
В основу расчетов были положены отчетные данные ОАО "Завод "Сланцы" по переработке сланца с получением в качестве товарной продукции сланцевой смолы, а также следующие показатели переработки углей в газогенераторах:
Годовой объем переработки сланца и углей рассчитывали на всю действующую в настоящее время мощность газогенераторного цеха (6 газогенераторов). Расчет себестоимости продукции производился в ценах на 01.09.02 г. При этом нормы расхода электро- и теплоэнергии, воды и сжатого воздуха на единицу сырья во всех случаях принимались одинаковыми, а затраты по указанным статьям изменялись пропорционально изменению объема перерабатываемого сырья (с учетом дополнительного расхода технологического пара при переработке колумбийского угля). По остальным статьям затраты не изменялись. В составе отключаемой продукции не учитывались фусы, что в случае переработки углей несколько увеличивало себестоимость производимого полукокса.
Результаты расчетов себестоимости продукции при переработке сланца и каменных углей помещены в приложении 3. Сводные оценки (табл.3.14) свидетельствуют о целесообразности и эффективности перевода сланцевых газогенераторов на переработку углей. Основными преимуществами такого перепрофилирования сланцеперерабатывающих агрегатов являются:- значительное увеличение объема производства пользующейся спросом товарной продукции (с 11 до 64-68% на перерабатываемое сырье) при полном отсутствии (против 65% при переработке сланца) поступающих в отвалы твердых отходов;- превращение убыточного производства в прибыльное (с нормой прибыли при сложившемся уровне рыночных цен на полукокс около 15%).
Вместе с тем следует отметить, что в связи высокой стоимостью угля при переходе к его переработке значительно возрастают издержки производства и возникает потребность в большом объеме оборотных средств. В этих условиях экономически наиболее привлекательной представляется переработка давальческого сырья. Такой вариант был с успехом реализован при переработке колумбийского угля с поставкой производимого полукокса за рубеж.
В настоящее время переработка углей осуществляется, как уже говорилось, в одном газогенераторе. Вовлечение в данное производство дополнительных мощностей газогенераторного цеха связано с необходимостью расширения рынка сбыта полукокса, что потребует решения ряда организационных и технических проблем. Одной из таких проблем является снижение влажности товарного полукокса.
При существующем мокром тушении полукокса влажность выгружаемого из газогенератора материала с развитой пористой структурой (например, полукокса из колумбийского угля) превышает, как было показано, 30%. Такое значительное содержание влаги приводит к смерзаемости полукокса в зимнее время и, главное, к заметному увеличению затрат на его транспортировку до потребителя. Одним из возможных решений по снижению влажности полукокса может стать использование в газогенераторе монтируемой на разгрузочной чаше кольцевой подсушивающей наклонной тарелки с обдувом горячим воздухом [ 104]. Оценки показывают, что в этом случае можно ожидать уменьшения влажности полукокса на 7 - 9 абс. %. Более существенных результатов, очевидно, позволило бы достигнуть оснащение газогенератора разгрузочным устройством сухого типа. Однако, как показывает опыт эксплуатации подобных устройств в печах Пинча и Лурги, полукокс для предотвращения пыления и обеспечения эффективного охлаждения перед выгрузкой на транспортеры приходится все же интенсивно увлажнять, в результате чего содержание влаги в выгружаемом из печей материале дости гает 10-20% [104,80]. По-видимому, влажность полукокса на уровне в среднем около 15% и следует принять в качестве минимально возможной величины даже при использовании так называемых сухих разгрузочных устройств. В то же время эта величина может рассматриваться и как вполне отвечающая требованиям потребителей (см. табл.1). В связи с этим предусматривается опытно - конструкторская проработка и последующее оснащение газогенераторов усовершенствованными разгрузочными устройствами, обеспечивающими получение полукокса с пониженной влажностью.
При отгрузке полукокса за рубеж может оказаться целесообразным доведение его до требуемых норм по крупности (4 - 20 (16) мм) непосредственно на месте производства. В этом случае на заводе "Сланцы" может быть задействован дробильно-сортировочный комплекс. Соответствующие затраты, как показывают предварительные оценки, смогут быстро окупиться за счет достаточно высоких экспортных цен на сортовой полукокс.
Таким образом, удовлетворительная экономическая эффективность производства и определенные резервы улучшения качества каменноугольного полукокса позволяют рассчитывать на целесообразность расширения масштабов переработки углей в сланцевых газогенераторах. Перепрофилирование этих агрегатов позволит, кроме того, исключить дальнейшее накопление отходов в отвалах, а занимаемые ими территории после рекультивации передать в государственный земельный фонд.1. Впервые в условиях перепрофилирования сланцеперерабатывающих производств выполнены систематические исследования, направленные на совершенствование технологии прокаливания нефтяного кокса в камерных печах и разработку технологии полукоксования каменных углей в газогенераторах.2. Теоретически обоснованы и исследованы возможности регулирования свойств прокаленного кокса за счет изменения состава газовой среды в зоне термообработки. Показано, что воздействие водяного пара (из влаги сырья) и пироуглерода (образующегося при пиролизе летучих веществ кокса) проявляется преимущественно в поверхностном слое зерен, приводя в первом случае к угару, а во втором - к пассивации и снижению развитости поверхности зерен кокса и ухудшению его свойств как наполнителя анодной продукции. Это позволяет рекомендовать удаление основной массы парогазовых продуктов из печи до попадания их в высокотемпературную
