Дипломная (вкр): Сухе гасіння коксу

Шкідливі речовини попадають в атмосферу при завантаженні камери УСГК коксом з газами вентиляції вузла розвантаження коксу й з надлишковим теплоносієм, що утворюється. Для зниження кількості викидів пилу використовують безпилове завантаження камер і систему очищення газів вентиляції вузла розвантаження коксу [6]. Знешкодження від оксиду вуглецю не виробляється. Викиди в атмосферу для різних УСГК залежать від їхнього технічного стану й рівня експлуатації.

Технічним обстеженням великої кількості установок показано, що сумарні викиди пилу й оксиду вуглецю (без обліку викидів при завантаженні) для камер продуктивністю 50 т/годину складають відповідно 0,8-3,4 кг/т коксу [8]. Для камер, продуктивністю 70 т/годину кількість пилу, що викидається знизилася до 0,4 кг/т, але при цьому значно збільшилися викиди оксиду вуглецю - до 29,2 кг/т коксу, тобто більш ніж в 8 разів [8]. Причому для камер зазначеної продуктивності, що мають герметичні затвори вузла розвантаження коксу, більше 90% оксиду вуглецю викидається в атмосферу зі свіч димососу. Повністю виключити викиди шкідливих речовин з УСГК не представляється можливим, тому що вони закладені прийнятою технологією охолодження [8].

У камері УСГК (при г теплообмінних поверхнях котла й герметичному газовому тракті) протікають два паралельних процеси:

у накопичувальній камері при ізотермічній витримці коксу й температурах ~ 1050 °С протікають реакції твердофазної поліконденсації з виділенням низькомолекулярних газів, у тому числі оксиду вуглецю, водню й метану; без вживання спеціальних заходів вміст зазначених газів перевищує передбачене правилами безпечної експлуатації УСГК [8];

циркулюючий газовий теплоносій утворюється при пуску камери в експлуатацію в результаті взаємодії повітря з розпеченим коксом. При цьому утворюється діоксид вуглецю при > 900 °С реагує з вуглецем коксу з утворенням оксиду вуглецю; у результаті зсуву рівноваги убік останнього вміст оксиду вуглецю також перевищує значення, регламентоване правилами безпечної експлуатації УСГК [8].

Розглянуті процеси проаналізовані за умови герметичності газового тракту УСГК. На практиці досягти повної герметизації неможливо. У результаті підсмоктування повітря на ділянках тракту кисень повітря взаємодіє з вуглецем коксу, що веде до збільшення його «вигару» і утворенню надлишкового теплоносія [8]. При сухому гасінні коксу в порівнянні з мокрим гасінням практично виключені викиди в атмосферу коксового пилу, оксиду вуглецю, аміаку, фенолів, сірководню. В результаті різко скорочується збиток, який при мокрому гасінні наноситься навколишньому середовищу [8].

У останніх проектах УСГК застосовано ряд нових систем, що запобігають шкідливим викидам. Зокрема, до них відносяться: безпилове завантаження камери коксом; утилізація надмірного циркулюючого газу; стабілізація оптимального гідравлічного режиму в завантажувальному пристрої і інші. Слід також відзначити, що конструкція дут'євого пристрою УСГК дозволяє здійснити регульовану зональну (по висоті камери) подачу циркулюючого газу, що, у свою чергу, дозволяє залежно від крупності і температури розжареного коксу вибрати оптимальний режим гасіння, при якому забезпечується високий коефіцієнт корисної дії з скороченням питомої витрати циркулюючого газу до мінімально необхідної величини[8].

.4 Розрахунок матеріального балансу коксування

Матеріальний баланс коксування складається на підставі закону збереження маси речовин:

ΣG_вих.= ΣG_кiн,  (1.1)

де ΣG_вих - сума вагів сухої вугільної шихти (вихідних продуктів процесу) і кількості вологи, що поступила з нею в коксові печі;

ΣG_кiн - сума вагів коксу, газу, смоли і інших хімічних продуктів (кінцевих продуктів), одержаних при коксуванні вугільної шихти.

На коксохімічному виробництві кінцеві продукти, за винятком пірогенетичної води, враховують достатньо точно. Тому для складання матеріального балансу використовують дані цехів технічних звітів. Щоб визначити вихід пірогенетичної вологи, застосовують розрахунковий метод - визначають вміст кисню у вугільній шихті і підраховують вихід пірогенетичної вологи[10].

Останніми роками значно змінилася сировинна база коксування, оскільки почали застосовувати у великих кількостях газове вугілля і частково інші (тощі, довгополум'яні), які раніше не використовувалися для отримання металургійного коксу. У зв'язку з цим змінився вихід коксу і летючих продуктів коксування; знадобилося змінити деякі загальноприйняті формули, наблизити їх до фактичних виходів кінцевих продуктів[10].

Початкові дані для розрахунку. Технічний аналіз шихти.

Початковими даними для розрахунку якості шихти є:

а) склад шихти по марках[10];

б) якість вугілля окремих марок[10].

Шихта призначена для отримання доменного коксу на коксохімічному заводі без вуглезбагачувальної фабрики, тому вона складається із збагаченого вугілля, що одержується заводом з ЗФ і ЦЗФ[10].

Вихідні дані для розрахунку.

Розрахункова одиниця завантаження - 1000 кг робочої шихти. Технічний аналіз шихти, що йде на брикетування представлено у таблиці 1.4.

Таблиця 1.4 - Склад вугільної шихти

Вологість шихти

 (1.2)

Вміст золи

           (1.3)

Вміст масової частки загальної сірки

 (1.4)

Вихід летючих речовин

 (1.5)

Товщина пластичного шару

 (1.6)

Очікувана якість коксу,%

Вміст золи

А_к=А^d_ш·К_оз, (1.7)

де К_оз - коефіцієнт озоленя 1,29

А_к = 8,5·1,29 = 10,97 ~ 11,0 %

Вміст масової частки загальної сірки

_к=S^d_ш·К_c, (1.8)

де К_c - коефіцієнт перерахунку сірки 0,8_к = 1,24·0,8 = 0,99 %

Показники технічного аналізу відповідають рекомендованим значенням (таблиця 1.5). Величини виходу летючих речовин V^daf = 30,1 % і товщини пластичного шару у=18,9 мм дозволять прогнозувати отримання доменного коксу задовільної міцності.

Таблиця 1.5 - Технічний аналіз вугільної шихти

Елементний склад вугільної шихти зазвичай визначається експериментально. Тут він прийнятий за літературними даними для типової вугільної шихти (таблиця 1.6).

Таблиця 1.6 - Елементний аналіз вугільної шихти

Показники технічного аналізу (A^d_ш та S^d_ш) перераховуємо із сухої на робочу шихту

                                           (1.9)

                                             (1.10)

Перерахування показників елементарного аналізу шихти з органічної на робочу масу:

,                      (1.11)

%

%

%

%

Для перевірки правильного розрахунку отримані данні зводимо в контрольний рядок

    (1.12)

.4.1 Прихідна частина балансу

За одиницю робочої шихти G^r_ш приймається 1000 кг.

Кількість сухої шихти, що завантажується в камеру коксування

^d_ш= G^r_ш -G_w,                                               (1.13)

де G_w - кількість вологи в одиниці робочої шихти, кг

,                                                (1.14)

Тоді кількість сухої шихти^d_ш= 1000-104=896 кг або 89,6 % від робочої шихти.

.4.2 Витратна частина балансу

При шаровому коксуванні утворюється ряд продуктів. Орієнтовно визначимо (у зв'язку з рядом припущень) вихід цих продуктів розрахунковим шляхом (вихід яких не нижче 0,1 %).

.4.2.1 Вихід сухого валового коксу із сухої шихти

^d_k = 94,84 - (0,635∙V^d_ш),                                      (1.15)

де V^daf_ш - вихід летючих речовин від сухої шихти, %.

,                                 (1.16)

Тоді G^d_k=94,84-(0,635∙27,5)=77,38 %

.4.2.2 Вихід сухого валового коксу на робочу шихту

                                              (1.17)

.4.2.3 Вихід зворотнього сухого коксового газу (відпрацьований газ - після вилучення хімічних летючих продуктів коксування)

Від робочої шихти

                                   (1.18)

де А₂ - емпіричний коефіцієнт (2,54¸2,99). Приймаємо 2,80.

Від сухої шихти

,                                (1.19)

.4.2.4 Вихід кам`яновугільної смоли

Від робочої шихти

,             (1.20)

Від сухої шихти

,                                          (1.21)

,

.4.2.5 Вихід сирого бензолу

Від робочої шихти

,              (1.22)

Від сухої шихти

,                                   (1.23)

.4.2.6 Вихід 100%-го аміаку

Від робочої шихти

                              (1.24)

де b - емпіричний коефіцієнт переходу азоту шихти в аміак (0,11-0,15)

Приймаємо 0,14; 17 - молекулярна маса аміаку; 14 - атомна маса азоту.

Від сухої шихти

                                           (1.25)

.4.2.7 Вихід сірки в перерахуванні на сірководень

Від робочої шихти

,                                             (1.26)

де К_S- коефіцієнт переходу сірки в сірководень (0,17-0,29). Приймаємо

,24; 34- молекулярна маса сірководню; 32 - атомна маса сірки.

Від сухої шихти

,                                        (1.27)

.4.2.8 Вихід пірогенетичної вологи

Від робочої шихти

,                                      (1.28)

де  - спостережувальна кількість пірогенетичної вологи; - коефіцієнт переходу кисню шихти в пірогенетичну вологу, К_п.в.=0,334±0,505, у середньому К_п.в.=0,44; 18 - молекулярна маса води; 16 - атомна маса кисню.

Від сухої шихти

                                (1.29)

Зведений матеріальний баланс надано у таблиці 1.7.

Таблиця 1.7 - Зведений матеріальний баланс коксування вугільної шихти