Введение к работе
Актуальность работы.
Многолетняя практика наметила направления и методы улучшения качества кокса. Это - рациональное использование сырьевой базы коксования; совершенствование подготовки угольных шихт, включающее избирательное дробление, частичное брикетирование или термоподготовку, а также оптимизация условий коксования, сортировки и подготовки кокса к использованию в доменном производстве. Решаются вопросы снижения энергозатрат и использования тепла выдаваемого из коксовых камер кокса. Многое, что могло быть сделано для этого в области совершенствования технологии подготовки шихты и коксования, уже выполнено.
Однако современные способы мокрого охлаждения кокса в результате термоудара при орошении кокса водой в тушильном вагоне приводят к образованию трещин в кусках кокса и снижению его прочностных характеристик, а выбросы - к загрязнению окружающей среды. Переход на сухое тушение кокса решил вопросы энергосбережения и сохранения физико-механических свойств кокса, но создал проблему угара кокса, необходимости сброса загрязненного избытка циркулирующего газа и отвода избыточных стоков коксохимпроизводства.
Поэтому обеспечение требований к качеству кокса и снижению уровня загрязнения окружающей среды остается актуальной проблемой для отрасли.
Комплексно решить вопросы улучшения качества кокса, энергосбережения и экологии после выдачи коксового пирога из камер коксования может только такой технологический процесс охлаждения кокса, который был бы освобожден от недостатков действующих в настоящее время способов и был бы основан на раскрытии сути взаимодействия полидисперсной массы кокса с охлаждающим агентом.
Для решения такой задачи, как разработка новой технологии, обеспечивающей создание оптимальных условий охлаждения каждого куска кокса в полидисперсной массе, сохранения его физико-механических свойств и решающей экологические вопросы, требуется проведение комплекса теоретических и экспериментальных исследований.
Решение этой важной народно-хозяйственной задачи разработки и создания нового высокоэкономичного и экологически чистого технологического процесса, не имеющего аналогов в мировой практике, обеспечивающего регулируемое охлаждение кокса и сохранение его физико-механических свойств, сформировавшихся в процессе коксования, обеспечивает актуальность выполненной работы.
Цель работы.
Развитие и совершенствование теоретических представлений о явлениях, происходящих при охлаждении насыпных масс кокса после выдачи его из коксовых камер; определение температурных интервалов, в которых кокс наиболее чувствителен к температурным условиям охлаждения; обоснование режимов охлаждения, обеспечиващих сохранение физико-механических свойств кокса, сформировавшихся в процессе коксообразования; разработка способов и их аппаратурного оформления, обеспечивающих не только поддержание и контроль технологических режимов, но и их регулирование при изменениях условий подготовки угольных шихт и процесса коксования.
Научная новизна.
1. На основе теоретических представлений о возникающих при охлаждении температурных напряжениях в кусках кокса и анализа современных способов охлаадения кокса, впервые сформулировано и в комплексе исследовательских работ уточнено новое научно-техническое направление: - регулируемое охлаждение пересыпающейся по-
лидисперсной смеси кокса потоком мелкозернистого охлаждающего агента или орошением распыляемой водой.
-
Разработаны методы исследования температурных условий охлаждения насыпных масс кокса реальной крупности кусков и сложной поверхности в максимально близких к промышленным условиях; предложен сопоставительный метод оценки физико-механических свойств кокса.
-
Впервые определены температурные интервалы, в которых куски кокса наиболее подвержены воздействию возникающих тепловых напряжений и определены допустимые пределы скорости охлаждения.
-
Впервые определено влияние различных факторов процесса охлаждения на формирование физико-механических свойств кокса при движении и перемешивании насыпной массы в условиях, максимально приближенных к промышленным.
-
Разработана математическая модель процесса прямого контактного охлаждения кокса во вращающемся барабане для определения конструктивных и эксплуатационных параметров промышленных агрегатов.
-
Получены новые знания:
о процессах и явлениях, происходящих при теплообмене движущихся и перемешивающихся насыпных масс угольной шихты и горячего кокса;
о процессах и явлениях, происходящих при орошении водой движущейся, перемешивающейся и пересыпающейся полидисперсной массы горячего кокса;
о закономерностях процесса охлаждения насыпных масс кокса во вращающемся барабане в условиях теплообмена с охлаждающим агентом в зависимости от конструкционных и эксплуатационных пара-
метров;
- о способах регулирования физико-механических свойств и влажности кокса в процессе его охлаждения.
Практическая ценность работы.
-
Развиты теоретические представления об охлаждении кокса в движущемся и пересыпающемся потоке на основе уточнения сути его взаимодействия с охлаждающим агентом в различных температурных диапазонах.
-
Разработана техника и технология осуществления нового процесса охлаждения кокса, обладающего высокой экономической эффективностью и не имеющего аналогов в мировой практике.
-
Разработанные технологические приемы управления процессом охлаждения позволяют обеспечить получение кокса с заранее заданными свойствами по гранулометрическому составу, механической прочности и влажности.
-
Математическая модель процесса позволяет рассчитать для различной производительности конструктивные и режимные параметры технологических аппаратов нового способа охлаждения при промышленном проектировании.
Реализация работы.
-
Разработаны технические проекты оборудования и промышленной установки, совмещающей в едином технологическом цикле охлаждение кокса и термическую подготовку угольной шихты перед коксованием для Алтайского коксохимического завода.
-
Разработаны технические проекты оборудования и промышленной установки ступенчатого охлаждения с использованием на второй ступени биохимически очищенные стоки для коксохимического производства Череповецкого металлургического комбината.
3. Получен патент Российской Федерации "Способ охлаждения кокса и устройство для его осуществления" по представленным материалам работы.
На защиту выносятся:
-
Правильность постановки задач по созданию новой технологии охлаждения кокса и теоретический подход для их решения.
-
Теоретическое обоснование температурных условий охлаждения кокса для сохранения его физико-механических свойств, сформировавшихся в процессе коксования;
-
Концепция ступенчатого охлаждения кокса;
-
Результаты исследований, выявленные закономерности и явления при охлаждения кусков насыпной массы кокса при перемешивании и движении в барабанном теплообменнике;
-
Математическая модель процесса для определения конструктивных и эксплуатационных параметров для промышленного проектирования агрегатов новой технологии охлаждения различной призводи-тельности;
-
Технические решения по обеспечению регулирования режимными параметрами охлаждения для получения кокса с заранее заданными свойствами по гранулометрическому составу, прочности и влажности.
Апробация работы.
Основные материалы, результаты исследований и выводы по данной работе доложены и обсуждены:
на 1-ом Всесоюзном научно-техническом совещании по защите воздушного и водного бассейнов коксохимических предприятий Востока и Центра СССР (г.Кемерово, июнь 1981 г.);
на Всесоюзном научно-техническом семинаре по состоянию разработок и проблем внедрения процессов коксования термически
подготовленных шихт и технологии формованного кокса (г. Харьков, декабрь 1982 г.);
на совместном заседании Научно-технического совета Министерства черной металлургии УССР и Президиума Украинского республиканского правления НТО черной металлургии по вопросу "О внедрении термической подготовки шихты перед коксованием на коксохимических заводах Украины (г.Кривой Рог, февраль 1983 г.);
на ІХ-й заводской конференции Кемеровского коксохимического завода по снижению и ликвидации выбросов вредных веществ в атмосферу и реку Томь (г.Кемерово, декабрь 1984 г.);
на расширенных технических совещаниях при Первом заместителе Министра черной металлургии УССР с участием представителей проектных и научно-исследовательских институтов, кафедр ВУЗов, ГКНТ СССР, РПО "Укркокс" и коксохимических предприятий (г.Кривой Рог.июль 1983 г; г.Днепропетровск, декабрь 1983 г. .апрель 1984 г)
на научно-технических советах ВУХЙНа (г.Екатеринбург, декабрь 1S82 г., март 1984 г., декабрь 1992 г.);
на Научном совете ГКНТ СССР по программе 0.08.03 (г.Москва, декабрь 1984 г.);
на Всесоюзной конференции "Проблемы автоматизации процессов окусковашя сыпучих материалов" (г.Керчь, май 1985г.)
на конференции "Совершенствование технологии переработки углей и повышение качества продукции на коксохимических производствах Кузбасса и Алтая" (г.Новокузнецк, 1988 г.);
на технических совещаниях Череповецкого металлургического комбината (г.Череповец, март и декабрь 1992 г.)
на научно-практическом семинаре "Экологические проблемы промышленных регионов" международной выставки "Уралэкология-98"
(г.Екатеринбург, апрель 1988 г.). Объем работы.
Диссертационная работа изложена на 243 страницах машинописного текста, включает 23 таблицы, 61 графиков и рисунков, состоит из введения, девяти глав и заключения, списка использованной литературы 276 наименований и 11-и приложений.
