Дипломная работа: Розрахунок вугільної шихти для коксування
Вугілля марки ПС дає малий вихід газів і хімічних продуктів. Слід враховувати, що деяке вугілля групи ПС6 при коксуванні розвиває великий тиск розпирання.
При складанні шихти потрібно враховувати наступні положення:
1) вугільна суміш при нагріванні повинна мати оптимальну спікливість;
2) при складанні шихти для отримання міцного коксу потрібно розглядати сумісність вугілля при термічної деструкції, як по температурним межам пластичності, так і по хімічним властивостям;
3) збільшення долі газового вугілля потребує диференціації шихт, виключаючи в них великої кількості слабоспікливого газового вугілля і пісного спікливого. Шихта з високим вмістом газового вугілля повинна включати значну кількість коксового і близьку до нього жирного вугілля.
Промислова шихта складається з урахуванням і інших показників: зольність, збагаченість, сірчистість, вихід летких і хімічних продуктів коксування, можливість легкої видачі коксу із коксових камер.
Розглянемо вплив складу шихти і властивостей шихти на якість коксу.
Підготовлена до коксування шихта повинна мати такі властивості, які дозволяють отримати із неї кокс, який відповідає вимогам споживача.
Основним споживачем коксу є доменне виробництво. Вимоги до якості коксу дуже різноманітні, так як він виконує ряд важливих функцій – являється паливом, твердим відновником і матеріалом для отримання газоподібного відновника, розрихлювачем стовпа шихтових матеріалів, забезпечуючи його газопроникність, дренажним шаром для рідких продуктів плавки.
Крупність коксу характеризується або гранулометричним (ситовим) складом або середнім розміром шматків коксу. Найбільш правильним і технічно обумовлений потрібно враховувати використання коксу в доменному виробництві з розміром шматків 20-60 мм.
Зі збільшенням долі газового вугілля в шихті, ростом швидкості і кінцевої температури коксування вміст великих шматків зменшуються. При тонкому подрібненні шихти підвищується шматкова рівномірність коксу, а саме зменшується вміст шматків > 80 мм і збільшується вміст середніх шматків (40-80 мм).
Міцність коксу визначається його здатністю протистояти механічним подрібнювальним зусиллям. Міцність коксу залежить від ряду технологічних факторів: спікливість і коксуємість шихти, технології приготування, рівномірність прогріву всієї вугільної маси по довжині і висоті коксової камери, кінцевої температури коксування і ступені готовності коксу.
Для отримання міцного коксу вугільна шихта повинна мати оптимальну спікливість. При не достатній спікливості шихти (пісна шихта) процес коксоутворення має поверхневий характер, зерна, які не спікаються ослаблюють структуру речовини коксу і являються додатковими джерелами утворення тріщин і підвищення подрібнення коксу. При підвищенні спікливості (жирна шихта) структура речовини коксу буде менш міцною і його руйнування буде супроводжуватись утворенням великої кількості дрібних класів. В цьому випадку в шматках коксу виникає велика кількість поперечних тріщин, що призводить до підвищеної подрібненості. Збільшення долі малометаморфізованого газового дає додаткові повздовжні тріщини, і це також знижує міцність коксу. Покращення коксуємості шихти призводить до збільшення міцності коксу.
Переподрібнення шихти зменшує її спікливість і знижується густина насипної маси, що збільшує пористість коксу. Міцність коксу при цьому зменшується.
Реакційна здатність коксу зменшується при збільшенні долі жирного і коксового вугілля в шихті, і збільшується при збільшенні газового і пісного спікливого.
Дуже суттєвий для визначення якості шихти є технічний аналіз вугілля, адже показники такі як: зола, сірка, вихід летких речовин і волога є визначальними критеріями якості коксу.
Зола – це негорюча частина вугілля, яка складається з мінеральних речовин, які входять до складу палива. Вугілля в більшій чи меншій ступені в своїй структурі містить включення мінеральних домішок, які не залежать від ступені метаморфізму, а зумовлені умовами добування і їх утворенням в процесі вуглефікації.
Зола вугілля має приблизно наступний склад, %: 36-40 SiO2 , 22-27 Al2 O3 , 22-30 Fe2 O3 , 3-7 CaO, 1-2 MgO. Маса золи зазвичай менша ніж маса мінеральних домішок до спалювання (в основному в результаті виділення СО2 ) Зола є баластом при транспортуванні вугілля. Також вона негативно впливає на якість доменного коксу. Вугілля з високою зольністю має низьку теплоту згорання. Якість коксу із них погіршується – знижується міцність, зменшується вміст вуглецю. При підвищенні зольності на 1% витрати вапняку в доменному процесі зростають на 2,5 %, а використання коксу збільшується на 1,5-2,5 %. Все це знижує продуктивність доменної печі на 2,0-2,5 %.
Для отримання шихти з визначеною і постійною зольністю використовують методи збагачення і усереднення. Для зниження зольності потрібне глибоке збагачення.
Сірчистість вугілля. Вміст сірки в рядовому вугіллі коливається в великих межах – від 0,4-8,0 %. При коксуванні майже вся сірка залишається в коксі. У випадку попадання її в сталь вона утворює сірчане залізо у вигляді різних включень, надаючи металам червоної ламкості – властивість руйнуватися при обробці в нагрітому стані. При плавленні чавуну сірку переводять в шлак, збільшуючи використання флюсів.
В вугіллі сірка може знаходитись в трьох різновидах: колчеданна, сульфатна та органічна. В процесі підготовки вугілля до коксування при його збагаченні і при коксуванні частина сірки видаляється.
Економічно вигідно мати мінімальний вміст сірки в доменному коксі, але цього не завжди можна досягнути. Тому рекомендується складати шихту з урахуванням особливості споживача коксу. Це дозволяє більш раціонально використовувати дефіцитне малосірчисте вугілля.
Вологість. Волога в вугіллі являється баластом, який збільшує затрати на його транспортування, затрудняє підготовку вугілля до коксування, його зберігання на складах, видання з місць зберігання і дозування. Вологе вугілля погано сортується, що призводить до погіршення режиму збагачення. Збільшення вологості готової шихти вище 8 % призводить до додаткової витрати тепла при коксуванні на 30 кДж/кг шихти на кожний процент вологи. При збільшенні вологи шихти порушується обігрів коксової камери – перегрівається низ і недостатньо нагрівається верхня частина. При високій вологості погіршується стан кладки коксових печей. Збільшення (зменшення) вологості шихти проти оптимальної на 1 % призводить до збільшення (зменшення) періоду процесу коксування на 20 хвилин.
Оптимальний вміст вологи в шихті для коксування не повинний перевищувати 7 %.
Вихід летких речовин. Леткими речовинами називається хімічні паро- газоподібні речовини, які виділяється з вугілля при нагріванні при високих температурах без доступу повітря.
Вихід летких речовин характеризують властивості вугілля, а саме з якою метою використовують: енергетичною чи технологічною.
Оптимальними показниками, які повинна мати вугільна шихта є: вологість - < 7,5 %; зольність - < 9,4 %; сірчистість - < 2 % (чим менше сірки тим краще); вихід летких речовин – 27-29 %.
2. Призначення вуглепідготовчого цеху
Вуглепідготовчий цех є першою ланкою в технологічному ланцюгу коксохімічного підприємства і призначення його складається в прийомі вугілля, його зберіганні і підготовці до коксування.
Раціональна підготовка вугілля до коксування є важливим фактором покращення якості коксу, розширення сировинної бази коксування і підвищення економічної ефективності вуглекоксового виробництва. Метою підготовки вугілля до коксування є приготування однорідної вугільної маси – шихти – такого складу і властивостей, які забезпечують отримання коксу відповідно до вимог і з постійними показниками якості. Ці показники повинні відповідати вимогам споживачів.