Особенности способа термоокислительного коксования углей на Аксуском заводе ферросплавов
А.Г. Калиакпаров
В связи со значительным ростом производства металлов и сплавов в последние годы проблема широкого вовлечения в производство альтернативных углеродсодержащих материалов и способов их производства приобретает еще большее значение. В Республике Казахстан единственным производителем традиционного металлургического кокса в промышленном масштабе является АО "Испат-Кармет". Однако по некоторым физико-химическим характеристикам они не всегда отвечают требованиям технологии электротермических процессов. Главным критерием остаются качественные и физико-химические характеристики углеродистых материалов.
В 2003 году на Аксуском заводе ферросплавов АО "ТНК "Казхром" пущена в промышленную эксплуатацию установка по производству твердых восстановителей (спецкокс) для производства ферросплавов. Технология разработана коллективом специалистов Кузнецкого центра ВУХИН и Аксуского завода ферросплавов [1]. В основу способа производства положен метод термоокислительного коксования углей [2-5]. Способ характеризуется комплексностью и непрерывностью производства в условиях основного теплоэнергетического оборудования. Кроме основной продукции кокса попутно извлекается тепловая энергия в виде горячей сетевой воды коммунально-бытового назначения.
Способ получения кокса включает подачу фракционированных углей крупностью 25-50 мм в бункер сырого угля, с последующим свободным сходом угля через водоохлаждаемую регулируемую планку равномерно и непосредственно на цепную колосниковую решетку прямого хода, высотой слоя 150-250 мм. В пространстве радиантной части котла происходят сушка, подогрев и возгорание слоя угольной загрузки, с нахождением в зоне температур 850-1100°С, достаточной для полного или частичного удаления летучих компонентов угля. Тушение кокса осуществляется непосредственно на линии транспортировки кокса, а именно на качающемся питателе с орошаемой водой поверхностью лотка и ленточном конвейере ЛК-800 со смачиваемой поверхностью транспортерной ленты.
В качестве основного оборудования используются типовые водогрейные котлы КВ-ТС-20-150, номинальной теплопроизводительностью 20 Гкал/ч. Сырьем для производства твердых восстановителей приняты длиннопламенные угли Шубаркольского разреза (табл. 1). Установка оснащена приборами регулирования уровня угольной загрузки, системой автономного регулирования подачи воздуха в четыре независимые зоны горения механической топки (рис.).
Таблица 1
Средние показатели качества исходного угля, %
|
Ситовый состав |
Технический состав |
|||||||
|
+40 |
40-20 |
20-10 |
10-5 |
5-0 |
Wr |
Ad |
Vdaf |
|
|
26,4 |
52,4 |
12,4 |
5,3 |
3,5 |
8,5 |
3,1 |
42,1 |
Мнемосхема установки по производству кокса Аксуского завода ферросплавов
Имея достаточно давнюю историю своего изобретения [6, 7], способ не получил широкого промышленного освоения, тем более в условиях единого технологического цикла промышленных предприятий. Пуск в эксплуатацию промышленной установки позволил выявить ряд существенных как положительных, так и отрицательных сторон разработанной технологии.
Начальный период эксплуатации характеризовался нестабильностью работы основного и вспомогательного технологического оборудования и, как следствие, нестабильностью технологического процесса. Основными проблемами являлись: несвоевременное возгорание угольного слоя, уход активного поля горения в последние зоны топочного устройства, большая разность температур в пространстве радиантной части котла и, как следствие, низкие качество кокса и теплосъем. кокс уголь ферросплав
Немаловажным является наличие гарантированного теплопотребителя в условиях неотопительного сезона или обязательное устройство охладительных установок. Наиболее слабым звеном в технологическом процессе в начальный период эксплуатации явилось несоответствие установки скребковой шлакозолоудаления (коксоудаления) требованиям технологии. Учитывая низкую 45,0-55,0 % прочность кокса, использование скребкового транспортера, видимо, недопустимо, поскольку происходит дополнительное измельчение и увеличение доли мелочи в коксе. Большая абразивность транспортируемого материала являлась причинами износа деталей и частых поломок транспортера.
На сегодняшний день достигнутые объемы производства по коксу составили 2000 т/месяц, и по теплу 22-28 Гкал/ч. Принятый технологический регламент представлен в табл. 2.
После проведенных технических мероприятий удалось стабилизировать технологический процесс и качественные характеристики конечной продукции. Однако актуальной по-прежнему остаются проблемы высокого содержания мелочи -25 мм в исходном угле и коксе, а также летучих составляющих (табл. 3).
Анализ качества кокса по классам крупности показал следующие закономерности. Основное количество мелочи вносится исходным углем при транспортировке и пересыпках. Учитывая природу исходного угля, получаемый кокс имеет низкую прочность. Процессы пиролиза и деструкции угля характеризуются образованием множества мелких "лепестков" на поверхности обрабатываемого угля, которые при незначительных механических нагрузках отходят от нетермообработанной угольной цердцевины и переходят в мелочь. Размеры и количество "лепестков" зависят от температурного режима слоя угольной загрузки. Влага кокса является гигроскопической и вносится, главным образом, при тушении кокса.
Зольность увеличивается от крупной фракции к мелкой. Принимая во внимание закономерности процесса горения в условиях слоевого сжигания, возгорание начинается у поверхности угольных частиц и движется по направлению к центру. Присутствие на поверхности мелких классов ("лепестков") и высокая их пористость обеспечивают благоприятные условия для развития окислительных процессов твердого углерода и, как следствие, золение коксового остатка.
Таблица 2
Технологический регламент производства кокса
|
Показатель |
Величина |
|
|
1. Высота слоя, мм |
200-230 |
|
|
2. Температура по зонам, °С 1 зона 2 зона 3 зона 4 зона |
500-700 900-1000 950-1050 900-950 |
|
|
3. Скорость движения ЦКР, м/ч |
9,0 |
|
|
4. Качество угля марки Д, % Wr Ad Vdaf Sd Рd |
до 10,0 до 5,0 до 45,0 до 0,3 до 0,015 |
|
|
5. Крупность исходного угля, мм |
25-50 |
|
|
6. Содержание класса, % 25-0 мм +50,0 мм |
до 15,0 до 10,0 |
|
|
7. Расход воздуха по зонам, м 3/час общий 1 зона 2 зона 3 зона 4 зона |
25-30 10-15 10-15 0 0 |
|
|
8. Качество кокса, % Wr Ad Vdaf |
15-20 12-15 20-25 |
|
|
9. Крупность, мм |
5-25 |
Таблица 3
Средние показатели качества угля и кокса, %
|
Ситовый состав |
Технический состав |
||||
|
-25 |
+25 |
Wr |
Ad |
Vdaf |
|
|
Уголь |
|||||
|
45,5 |
54,5 |
9,0 |
3,7 |
43,0 |
|
|
Кокс |
|||||
|
23,7 |
76,3 |
14,5 |
9,3 |
27,3 |
В отличие от золы содержание летучих веществ снижается от крупных классов к мелким. К примеру, содержание остаточных летучих компонентов в мелких классах кокса ("лепестках") колеблется в пределах от 3 до 8 %. Необходимым условием полного удаления летучих компонентов является полный прогрев угольных частиц, что достигается достаточным временем пребывания их в зоне высоких температур. Однако для поддержания зольности на уровне 8-13 % это недопустимо.
Таким образом, работа установки показала принципиальную возможность функционирования производства, интегрированного в энергетическую систему Аксуского завода ферросплавов. Качественные характеристики получаемых восстановителей удовлетворяют требованиям выплавки ферросплавов, дальнейшее улучшение которых, применительно к данному типу углей, должно идти в следующих направлениях:
- перевод работы котлоагрегатов от режима интенсивного сжигания в режим тлеющего затяжного горения;
- подготовка угольной шихты непосредственно на участке производства кокса;
- оптимизация системы тушения и транспортировки кокса;
- расширение угольной сырьевой базы термоокислительного коксования;
- совмещение процесса коксования с иными термическими процессами.
Отход от традиционных взглядов к проблемам обеспечения сырьевыми материалами, и в том числе коксами, позволит массовым потребителям, и прежде всего ферросплавным предприятиям, более чутко реагировать на конъюнктуру рынка. Экономически целесообразным выглядит организация производства твердых восстановителей из относительно недефицитных и некоксующихся углей в условиях мини-производства. Это позволит расширить сырьевую базу коксования на основе местных угольных месторождений и сортамент выплавки ферросплавов.
Список литературы
1. Разработка технологии производства специального кокса на Аксуском заводе ферросплавов. Аннотация по НИР. Новокузнецк, 2004. 33 с.
2. Цикарев Д.А. Состояние процесса коксования на колосниковых решетках // Кокс и химия. 1967. № 8. С. 53-55.
3. Сысков К.И., Виноградов С.В. Производство специальных видов кокса на цепных колосниковых решетках // Там же. 1975. № 1. C. 54-58.
4. Макаров Г.Н., Филоненко Ю.Я. Специальные виды кокса. М.: Металлургия, 1977. 168 с.
5. Калинин М.Ф., Виноградов С.В., Суворов А.А., Сысков К.И. Опыт промышленного коксования углей на цепных колосниковых решетках // Кокс и химия. 1974. № 4. С. 14-16.
6. Патент США №1814460, Кл. 202-19, 1931 г.
7. Патент США №2209255, Кл.201-27, 1940 г.