Коксовая печь: устройство и принцип работы оборудования для получения высоких температур и полной герметизации

Для превращения определённого твердого топлива в кокс, необходимо использовать специальную печь. Оборудование обеспечивает нагрев до высоких температур, примерно, в 1000 градусов. При этом для получения правильного кокса, во время процесса нагрева, внутри устройства не должен проникать кислород. Все эти требования обеспечивает коксовая печь. Чтобы понять ее устройство, необходимо изучить полную информацию об агрегате.

Устройство и принцип работы коксовой печи

Устройство коксовой печи – не простое. Главным рабочим элементом печи является камера коксования, куда помещается необходимый твердый материал для преобразования в кокс, а также отопительные промежутки для разогревания топливных элементов.

От зоны горения уголь отделяется специальными огнеупорными кирпичами, из которых складывается стена. Таким образом, производителю удалось добиться надежной защиты от окисления сырья.

Камера коксования имеет следующие размеры:

• длина 12-16 м,
• ширина – 40-45 см,
• высота – 4-5 м.

Коксовую печь делят на десятки камер коксования. Их количество зависит от конкретного производственного цеха. Уголь, преобразующийся в кокс, внутрь загружается с верхней части оборудования через специально приспособленную тележку.

Чтобы необходимый материал превратился в кокс, необходимо производить нагрев в течение 15 часов. После завершения обработки, продукт поступает через боковые отверстия посредством специального выталкивателя. После обработки температура материала составляет примерно 1000 градусов по Цельсию, а температура дыма в отопительных промежутках — 1400 градусов. Чтобы избежать возгорания, кокс помещается в оборудованный бокс, где его мгновенно тушат. Способы тушения — сухой или мокрый.

В качестве топлива обычно применяют коксовый или доменный газ. Коксовая разновидность образуется в результате процесса коксования.

В печь устанавливают специальные регенераторы, изготовленные из керамики. Они позволяют утилизировать теплоту, полученную при сгорании продукты. Регенератор представляет собой устройство для теплообмена, в котором теплоноситель соприкасается с частью печи. Холодные стенки нагреваются, а тепло передается холодному теплоносителю. Регенераторная насадка применяется для скапливания тепла, и последующую передачу ее воздуху или газу.

Также на производстве можно встретить второй тип теплообменника, который получил название рекуператор. Холодный и горячий теплоноситель через стенку обмениваются теплом. В регенераторах в первую очередь опускаются дымовые газы, а уже после они переключаются на перекидные клапаны. Снизу вверх начинает приходить поток холодного воздуха. Клапан представляет собой механизм, с помощью которого направление потоков меняется в необходимую сторону. В итоге регенератор сначала нагревается потоками дымовых газов, после охлаждается воздухом. Этот процесс происходит во время работы оборудования непрерывно.

Клапана переключается с интервалом примерно в полчаса. В этот временной промежуток происходит экономия топлива на отопление печи. Также если сократить этот интервал, то оборудование станет быстрее изнашиваться, поэтому производители настаивают на соблюдении установленных временных мер.

Для начала процесса коксования, сгораемый материал должен попасть внутрь устройства. Для этих целей в верхней части агрегата устанавливают дверь. Также там имеется отверстие для выхода газов, что образуются в процессе работы печи.

Двери имеются также с двух сторон камеры, которые снимаются, когда коксование заканчивается. Эти отверстия приспосабливаются для выталкивания готового образца продукции.

Для обеспечения правильной работы, печь должна быть полностью герметичной, не пропускающей внутрь воздух, который также придется разогревать в случае попадания в устройство. Это повысит расход отопительных газов, что невыгодно для производства и скажется на цене получаемого продукта.

Батарея

Отдельного внимания заслуживает батарея коксовых печей. Она предназначено исключительно для получения кокса. Примечательно то, что батареи непрерывно эксплуатируются в течение долгого времени. В большинстве случаев срок эксплуатации составляет 25 лет. Внутри постоянно поддерживается высокая температура, а также металл постепенно стачивается при выдаче готовой продукции из камеры. Это говорит о том, что материалы изготовления должны быть только самыми лучшими. Используются огнеупорные сплавы.

Батарея коксовой печи

При изготовлении необходимо учитывать, что готовая батарея, запущенная в эксплуатацию должна в течение многих лет выдерживать:

1. Усилия механического характера, возникающие при работе оборудования.
2. Давление, получаемое при процессе коксования.
3. Давление, прилагаемое всеми элементами конструкции, что лежат на огнеупорных батареях.

А также учитывается тот немаловажный факт, что в батареи содержится большое количество печей – от 45 до 69.

Какие они бывают

Современные коксовые печи делятся на следующие разновидности:

1. Вертикальные и горизонтальные по способу расположения камер.
2. С верхней и нижней загрузкой и выдачей по способу загрузку и выдачи кокса.
3. Непрерывными и периодическими по осуществлению технологического режима.
4. Циркулирующие и не циркулирующие в зависимости от применения режимов рециркуляции.

Вертикальная коксовая печь

Этапы производства кокса в печи

Чтобы преобразовать определённый вид в материалах кокс, необходимо придерживаться нескольких основных этапов:

1. Вначале материал загружается в камеру печи, а после разравнивается специальной штангой. Чтобы помещение не задымилось при открытии камеры, создается разряжение при помощи инжекции пара или газа. Также на некоторых производственных объектах применяются специальные газоотсосные приборы, подключённые к камере.
2. Коксование шихты. Во время этого процесса материал подвергается разным видам воздействия, в результате чего получается кокс. На этом этапе можно вычислить производительность печи, которая определяется временным промежутком, необходимым, чтобы получить готовый кокс.
3. Последний этап — это выгрузка готового кокса. Чтобы провести процесс максимально безопасно и не навредить рабочим, всё приходит в автоматическом режиме. В работу включается коксовыталкиватель, который поставляет полученный материал в сушильный вагон.

Последний этап — это выгрузка готового кокса. Чтобы провести процесс максимально безопасно и не навредить рабочим, всё приходит в автоматическом режиме

Эксплуатация печей

Основным параметром при эксплуатации коксовых печей является производительность оборудования. Этот параметр зависит от таких характеристик, как толщина стен оборудования, ширина сгораемой камеры, температуры, образующейся в простенках, качества шихты, а также свойств огнеупорных материалов, которые были использованы при изготовлении печи.

Современное оборудование может развивать максимальную скорость в 32 мм в час. Этого показателя удалось добиться с использованием самой высокой температуры, которая может развить камера сгорания. Также важным параметром является температура готового кокса – от 1000 до 1050 градусов.

Пути снижения расхода топлива на коксование

Снизить расход топлива во время работы можно, придерживаясь следующих приемов:

1. Применение сухого тушения полученного материала после коксования. Таким образом, тепловая энергия используется в определенных нуждах. С одной тонны полученного кокса выделяется 1 ГДж теплоты в виде пара. Использование такого метода позволяет добиться лучшего качества продукции.
2. Тепловая энергия забирается от горячих газообразных продуктов во время коксования. Температура таких объектов достигает примерно 700 градусов. Но этот процесс проблематичен, поскольку в продуктах коксования имеется большое количество смол. По этой причине обычные теплообменники использовать не получается.
3. Усовершенствование регенераторов, которые уже используются на оборудовании. Таким образом, можно получить полную тепловую энергию от продуктов, подвергающихся сгоранию.
4. Выбор оптимального интервала времени между переключениями встроенных клапанов. Если ускорить процесс, тогда объем регенераторов уменьшится, и соответственно, тепловые потери понизятся. Но частое переключение приведет к более скорому выходу из строя оборудования.
5. Одновременное нагревание твердого продукта и сухое тушение. Так снижается расход теплоты при образовании кокса. Этот показатель уменьшается на четверть или даже больше.