Коксовая печь

Каждая батарея обслуживается комплектом машин, включающим углезагрузочный вагон, коксовыталкиватель и двересъемную машину. Коксотушильный вагон с электровозом обычно обслуживает коксовый блок (две батареи).

Согласованность действия коксовых машин определяется их блокировкой, которая заключается в соосной установке коксовыталкивателя, двересъемной машины и электровоза с тушильным вагоном по оси печи, из которой выдается кокс.

Коксовые батареи в России состоят преимущественно из 61, 65 или 77 печей; серийность выдачи кокса из печей: 9−2, 5−2 и 2−1. За рубежом строятся коксовые батареи с количеством печей до 120.

В начале 50-х гг. в СССР (Гипрококсом) были разработаны типовые проекты печей с полезным объемом 21,6 нм3 и началось массовое строительство коксовых батарей с боковым подводом отопительных газов и с комбинированным обогревом. Батарея состояла из 61−65 печей. Опыт эксплуатации батарей с печными камерами большего полезного объема (30 нм3) показал, что они обладают значительными резервами увеличения размеров камер и, следовательно, их производительности.

В печах с боковым подводом регулирование расхода газа и воздуха вдоль обогревательного простенка производят заменой регулирующих кирпичей-регистров и горелок, расположенных в основании отопительных каналов, в условиях высоких температур и неизбежных засорений пода каналов. Это затрудняет регулирование и не обеспечивает необходимой точности установки регулирующих устройств. В печах с нижним подводом регулировочные средства вынесены за пределы печной кладки, легко доступны обслуживающему персоналу, находящемуся под верхней плитой коксовой батареи, для замены и регулирования. Эффективность нижнего подвода коксового газа и нижнего регулирования подачи газа и воздуха в отопительные каналы повышается благодаря секционированию регенераторов, что также улучшает омываемость насадки и повышает степень утилизации тепла.

В конструкциях печей для нижнего регулирования подачи воздуха и бедного газа предусмотрена установка снизу печей съемных кирпичей (типа регистров) в колосниковых отверстиях, соединяющих подовый канал с секциями регенераторов. Подача воздуха и бедного газа в подовый канал и отвод из него продуктов сгорания осуществляются через газовоздушные клапаны. Нижнюю часть стен регенераторов выполняют из термостойкого шамотного огнеупора.

Для повышения эффективности нижнего регулирования предусмотрено полное секционирование регенераторов, исключающее перетоки воздуха и доменного газа между секциями. Каждая секция регенератора соединяется косым ходом с отопительным каналом. При указанном секционировании группа из двух сопряженных отопительных каналов и четырех связанных с ними секций является самостоятельным топочным элементом.

В последние годы осуществлен переход к проектированию коксовых батарей системы ПВР с нижним подводом годовой производительностью до 1 млн т кокса с печными камерами высотой 7 м., длиной 16 м и средней шириной 0,41−0,48 м. (полезный объем 41,6−52 нм3). Обогрев печей осуществляется только коксовым газом и с нижним регулированием расхода воздуха. Кладку обогревательных простенков предполагают выполнять из динасового кирпича пониженной плотности и повышенной теплопроводности с малым дополнительным ростом в процессе эксплуатации печей. Это должно позволить интенсифицировать технологический процесс в результате увеличения скорости коксования, улучшить условия эксплуатации и удлинить срок службы печей. Коксовые батареи снабжены вентиляционной установкой для поддува очищенного воздуха в подбатарейное помещение, боковые тоннели и подачи его в отопительную систему.

Коксовая камера представляет собой параллелепипед. Высота камеры должна быть такой, чтобы можно было обеспечить равномерность обогрева при достаточной статистической прочности простенка. Увеличение длины камеры ограничивается статистической прочностью простенков, трудностью удлинения выталкивающих и особенно планирных штанг вследствие увеличения прогиба, сложностью достижения равномерного распределения газов по длине регенератора и обогревательного простенка.

Оптимальное число печей в батарее должно обеспечивать наибольшую производительность батареи при наилучшем использовании коксовых машин и наибольшей производительности труда. Таким образом, выбранные размеры камеры и число печей в батарее должны быть экономически эффективны, т. е. обеспечивать наименьшие капитальные и эксплуатационные затраты на 1 т перерабатываемой угольной шихты.

Производительность коксовой батареи определяется следующими факторами:

1. числом и размерами камер, материалом и толщиной стенок, способами загрузки (насыпью или трамбованием) и обогрева, эти факторы указаны в проекте и не могут быть изменены в период эксплуатации батареи;
2. температурой обогрева (отопительных простенков − контрольных вертикалов), которая при эксплуатации может изменяться в некоторых пределах; степенью готовности кокса;
3. характеристикой загружаемой шихты: составом и характеристикой каждого компонента шихты, влажностью и гранулометрическим составом.

При проектировании батареи все эти факторы принимают во внимание. Однако на практике часто характеристика шихты может отличаться от предусмотренной проектом, что повлечет и изменение производительности батареи по продуктам коксования.

Плотность насыпной массы можно изменять, меняя гранулометрический состав. Для влажного угля плотность тем меньше, чем мельче уголь. Для термически подготовленного сухого угля плотность загрузки практически не зависит от гранулометрического состава.

При добавке в шихту производственной влажности микродобавок − небольших количеств (0,5−1,0%) продуктов переработки нефти и жидких продуктов термической переработки твердых топлив − плотность загрузки возрастает сувеличением содержания масла во влажной шихте; при добавке в сухую шихту она, наоборот, снижается.

Трамбование шихты позволяет повысить плотность на 30% по сравнению с загрузкой насыпью.

Объем камеры увеличивается в результате увеличения ее высоты и длины, тогда как ширина изменяется для российских конструкций, в основном украинского Гипрококса, в незначительных пределах  (410−480 мм).

Выбор ширины камеры определяется прежде всего свойствами коксуемой шихты и требуемым качеством кокса. При коксовании хорошо спекающихся шихт рекомендуется выбирать более широкую камеру, а при коксовании плохо спекающихся шихт из малометаморфизованных углей − более узкую. Отечественные коксовые печи обычной емкости имеют среднюю ширину камеры коксования 410 мм, печи большей емкости 450−480 мм, что связано с увеличением доли газовых углей в шихте.

Коксовые печи зарубежных заводов имеют ширину печных камер главным образом 450−460 мм, реже − 530−590 мм.

Производительность коксовых печей может быть повышена не только в результате увеличения объема печей, но также при коксовании термически подготовленных шихт (высушенных до влажности 1−3% или нагретых до 120−150 °С) и интенсификации процесса коксования увеличением скорости коксования при снижении ширины камер, повышении температур в отопительных каналах и теплопроводности огнеупоров.

Повышение температуры в отопительных простенках ограничено допустимой максимальной температурой (1450 °С) для используемых в настоящее время огнеупорных кирпичей. В практике работы российских коксовых батарей максимальные температуры коксования составляют 1410 °С.

Возрастающая доля газовых углей в шихте (до 35−40%) повышает трещиноватость кокса при больших скоростях коксования, поэтому увеличение скорости должно согласовываться с составом шихты и качеством получаемого кокса.