Удосконалення теплового режиму процесу коксування вугільної шихти

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство промислової політики України

Український державний науково-дослідний вуглехімічний інститут

УХІН

УДК 662.741.3

05.17.07 - Хімічна технологія палива і паливно-мастильних матеріалів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Удосконалення теплового режиму процесу коксування вугільної шихти

Зублєв Дмитро Геннадійович

Харків - 2007

Анотація

Зублєв Д.Г. Вдосконалення теплового режиму процесу коксування вугільної шихти - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальностю 05.17.07 - хімічна технологія палива і паливно-мастильних матеріалів. Український державний науково-дослідний вуглехімічний інститут Міністерства промислової політики України, Харків, 2007.

Дисертація присвячена вирішенню конкретної науково-прикладної задачі - покращенню якості доменного коксу шляхом вдосконалення теплового режиму процесу коксування вугільної шихти.

Для покращення прогріву щодо довжини коксового пирогу розроблено метод розподілу теплоносія, який базується на усередненій оцінці ваги вугільної шихти на різних ділянках камери коксування. Ефективність методу перевірено на батареї №1 КХВ ВАТ "МК "Азовсталь".

Розроблено імітаційно-комп'ютерну модель тепло-переносу в опалювальних каналах коксових печей, що враховує склад теплоносію, конструктивні та технологічні фактори, а також рециркуляцію продуктів горіння. Встановлено механізм появи відкладень у газопідводящій арматурі коксових печей з нижнім підводом, суть якого полягає у реалізації фазових переходів, що відбуваються з компонентами опалювального газу у зоні низьких температур. Для стабілізації режиму обігріву відносно часу розроблено та запатентовано нову конструкцію вузлу нижнього підведення опалювального газу у вертикали коксових печей. Впровадження оптимального розподілу коксового газу уздовж обігріваючих простінків батареї №1 КХВ ВАТ "МК "Азовсталь" по розробленому методу дозволило отримати додатковий прибуток 10,44 грн. на тонну сухого доменного коксу.

Ключові слова: коксування, якість, рівномірність прогріву, розподіл температур, математична модель.

Аннотация

Зублев Д.Г. Совершенствование теплового режима процесса коксования угольной шихты - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.17.07 - химическая технология топлива и горюче-смазочных материалов. - Украинский государственный научно-иссле-довательский углехимический институт Министерства промышленной политики Украины, Харьков, 2007.

Диссертация посвящена решению конкретной научно-прикладной задачи - улучшению качества доменного кокса путём совершенствования теплового режима процесса коксования угольной шихты.

Для улучшения равномерности прогрева коксового пирога по длине разработан метод распределения теплоносителя, основанный на усреднённой оценке масс угольной шихты в различных областях камеры коксования. Эффективность метода проверена на батарее №1 КХП ОАО "МК "Азовсталь". Были рассчитаны новые параметры регулировочных сопел. После их установки вдоль всех обогревательных простенков в течение семи месяцев наблюдали увеличение равномерности распределения температур и, как следствие, улучшение качества кокса. При этом показатель механической прочности М25 увеличился в среднем на 1%, показатель М10 уменьшился на 0,2%. За весь период наблюдений не было ни одного случая "бурения" печей. Этот эффект положительно сказывается на состоянии кладки батареи.

Разработана имитационно-компьютерная модель теплопереноса в отопительном канале, учитывающая состав теплоносителя, конструктивные и технологические факторы, а также рециркуляцию продуктов горения. Математически описан механизм формирования факела горения по высоте, а также распределение температур на стенке вертикала восходящего потока в зонах факела горения и движения продуктов горения, распределение температур на стенке вертикала нисходящего потока.

Для проверки имитационно-компьютерной модели была сконструирована установка с вольфрамо-рениевой термопарой. Как показали результаты замеров и расчётов, модель позволила рассчитывать размеры регулировочных средств, устанавливаемых в основании вертикалов.

Установлен механизм образования отложений в газоподводящей арматуре печей с нижним подводом, заключающийся в реализации фазовых переходов, которые претерпевают компоненты отопительного газа в зоне пониженных температур. Для стабилизации режима обогрева во времени разработана и запатентована новая конструкция узла нижнего подвода отопительного газа в вертикалы коксовых печей. Промышленные его испытания показали, что перенесение регулировочного сопла в зону повышенных температур позволило увеличить степень стабилизации средневзвешенной температуры по оси коксовой камеры более чем в 2,5 раза.

Внедрение оптимального распределения коксового газа вдоль обогревательных простенков батареи №1 КХП ОАО "МК "Азовсталь" по разработанному методу позволило получить дополнительную прибыль 10,44грн на тонну сухого доменного кокса.

Ключевые слова: коксование, качество, равномерность прогрева, распределение температур, математическая модель.

Summary

Zublev D.G. The perfection of a thermal mode of coking process for coal charge. - Manuscript.

The dissertation on a scientific degree competition is written by the Candidate of Technical Sciences. The specialty 05.17.07 - chemical technology of fuel and combustive-lubricating materials. - Ukrainian state research institute for Carbochemistry, Ministry of industrial policy of Ukraine. Kharkov, 2007.

The dissertation is devoted to the decision of a concrete scientific - applied problem. It is improvement of domain coke quality in conditions of constantly worsening raw-material base of coking. The method of distribution of the heat-carrier is developed for the improvement of uniformity of coke column preheating along its length. It is based on the average estimation of the coal charge weights in various areas of the chamber of coking. The efficiency of this method is tested on the coke battery №1 of the PJSC "Azovstal". The imitating computer model of heat transmission is developed for the researches, allowing to improve the distribution of heat on the vertical channel height. It discounts the structure of the heat-carrier, the constructive and technology factors, and also the recirculation of the burning products. The mechanism of formation of adjournment in gas-intake to armature of ovens with the bottom supply, consisting in realization of phase transitions which undergo components of heating gas in a zone of downturn of temperatures is established. For stabilization of a mode of heating in time the new constitution of unit of the bottom supply of heating gas in vertical channel of the coke ovens is developed and patented. Introduction of optimum distribution coke gas along heating prospectuses of the coke battery №1 of the PJSC "Azovstal" on the developed method has allowed to receive additional profit 10,44 grn on ton of dry domain coke.

Key words: carbonization, quality, uniformity of the preheating, distribution of temperatures, mathematical model.

Дисертація є рукописом.

Робота виконана на кафедрі загальної хімічної технології Українського державного хіміко-технологічного університету (УДХТУ) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Барський Вадим Давидович, Український державний хіміко-технологічний університет, професор кафедри загальної хімічної технології.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Пінчук Софія Йосипівна, Національна металургійна академія України МОН України, завідувач кафедри покрить, композиційних матеріалів та захисту металів;

- кандидат технічних наук, Рубчевський Валерій Миколайович, відкрите акціонерне товариство "Запорожкокс", перший заступник генерального директора - головний інженер.

Провідна установа: Донецький національний технічний університет МОН України, кафедра хімічної технології палива

Захист дисертації відбудеться "22" 05.2007 року о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.822.01 в УХІНі за адресою: 61023, м. Харків, вул. Весніна, 7.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці УХІНу: 61023, м. Харків, вул. Весніна, 12.

Автореферат розіслано "10" 04.2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук, старший науковий співробітник М.І. Рудкевич.

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Зменшення природних запасів вугілля, яке добре спікається і коксується, сприяє постійному погіршенню якості коксу. Технологічні властивості вугілля, що постачається для коксування, за оцінками спеціалістів будуть погіршуватись і в перспективі. Впровадження таких технологій для покращення якості коксу, як трамбування, термічна підготовка та брикетування вугільної шихти, потребує радикальної зміни технологічного обладнання, а ще і значних інвестицій. Тому за цих умов досить ефективним є удосконалення теплового режиму процесу коксування.

Зараз у коксових печах усіх сучасних конструкцій спостерігається нерівномірний прогрів коксового пирогу. При цьому значні коливання температур є як уздовж і по висоті, так і у різних камерах коксування. Це призводить не тільки до погіршення якості коксу, але й значно знижує строк роботи коксових батарей, а також збільшує витрати на ремонти кладки. Все вищенаведене підтверджує, що дослідження, які спрямовані на удосконалення теплового режиму коксування вугільної шихти з метою покращення якості коксу є своєчасними та актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у відповідності з науковими планами УДХТУ, УХІНу та планами по новій техніці на КХВ ВАТ "МК "Азовсталь" та "Авдіївській КХЗ". Основні теми:

· "Розробка математичної моделі факелу опалювального газу у коксових печах", №ДР 01044005733 (дисертант - відповідальний виконавець);

· "Разработка и внедрение режимных показателей работы коксовой батареи №1 с учётом изменения свойств шихты и объёма поставок углей для коксования", №ДР 0105 U 007407 (дисертант - відповідальний виконавець).

Мета та задачі досліджень. Мета досліджень - удосконалення теплового режиму коксування вугільної шихти шляхом збільшення рівномірності розподілу температур щодо висоти та довжини опалювальних простінків та стабілізація їх у часі.

Для досягнення поставленої мети потрібно було вирішити наступний комплекс задач:

· теоретичний аналіз причин, що призводять до нерівномірного розподілу тепла уздовж обігріваючих простінків коксових печей;

· дослідження впливу технологічних та конструктивних факторів на процес горіння теплоносія у опалювальному каналі;

· дослідження причин нестабільності теплового режиму коксування вугільної шихти під час експлуатації коксових батарей;

· оцінка впливу рівномірності прогріву завантаження, що коксується, на якість коксу;

· розробка технологічних заходів щодо покращення теплового режиму коксування вугільної шихти.

Об'єкт досліджень - процес високотемпературного коксування вугільної шихти.

Предмет досліджень - розподіл температур відносно довжини та висоти камери коксування і його зв'язок з якістю коксу; динаміка горіння теплоносія у опалювальних каналах і фактори впливу на неї з метою удосконалення теплового режиму процесу коксування та покращення якості коксу.

Методи досліджень. Методичною основою роботи стало математичне та комп'ютерне моделювання, а також експерименти на промислових коксових печах. Усі експерименти проводилися з використанням вугільних шихт виробничого складу, у якості теплоносія застосовувався зворотній коксовий газ.

Температури у масиві коксового пирогу та на стінках камер вимірювалися стандартними методами та обладнанням, у вертикалах опалювальних простінків за допомогою вольфрамо-ренійових термопар - на установці, яку розробив автор. Якість доменного коксу визначалась також згідно стандартних методик. Склад відкладень у газопідводящій арматурі коксових батарей встановлювався за допомогою вибіркової екстракції, газорідинної хроматографії, об'ємних та гравіметричних методів.

Наукова новизна отриманих результатів:

· теоретично та експериментально встановлені фактори, котрі обумовлюють рівномірність температурних полів у вугільному завантаженні, з яких основними є розподіл щільності, конфігурація факелу горіння та його стабільність протягом часу;

· встановлено нові закономірності та розроблено метод кількісного опису розподілу маси вугільного завантаження у об'ємі промислової коксової камери;

· вперше експериментально визначено розподіл температур щодо висоти стін вертикалів та факелу горіння у промислових умовах;

· запропоновано механізм формування висоти факелу в залежності від співвідношення швидкостей реакцій горіння та лінійних швидкостей потоків теплоносія і повітря, а також від ступеню змішування їх між собою та з рециркулюючими продуктами горіння;

· розроблено математичну модель теплопереносу у опалювальній системі, яка враховує склад теплоносія, конструктивні та технологічні фактори, а також рециркуляцію продуктів горіння;

· встановлено механізм появи відкладень у газопідводящій арматурі, які обумовлюють нестабільність теплового режиму протягом часу.

Ступінь обґрунтованості і достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій, які захищаються.

Сформульовані у роботі висновки, наукові положення і рекомендації достатньо аргументовані, їх пояснення ґрунтується на підставі сучасних уявлень хімії та технології горючих копалин, фізики та хімії горіння, теорії масо- і теплопереносу. При розв'язанні конкретних задач досліджень застосовувалися стандартизовані методи вимірювань.

Встановленні у роботі наукові факти та висновки базуються на підставі широкомасштабних експериментів із застосуванням стандартизованих методик, сучасних і взаємодоповнюючих методів, способів досліджень та обробці одержаних даних. Вони підтверджені результатами, які були отримані у лабораторних та промислових умовах.

Практична цінність і реалізація результатів роботи:

· розроблено метод розрахунку регулюючих пристроїв для дозування теплоносія, що дозволило забезпечити рівномірний прогрів коксового пирога уздовж опалювальних простінків. В умовах КХВ ВАТ "МК "Азовсталь" це покращило якість коксу щодо показників механічної міцності;

· розроблено та випробовано на бат. №1 КХВ ВАТ "МК "Азовсталь" установку для виміру температур по висоті вертикалів. Температури щодо висоти вертикалів, які вимірювались за її допомогою, підтвердили результати розрахунків, що проводилися за допомогою розробленої математичної моделі;

· розроблено метод розрахунку температурних полів на стінці опалювального каналу; на його підставі запропоновані оптимальні параметри регулюючих засобів, які визначають умови горіння теплоносія;

· розроблена та захищена патентом нова конструкція вузлу нижнього підведення опалювального газу у вертикальні канали коксових печей. Випробування цього вузлу на бат. №8 ВАТ "Авдіївський КХЗ" з об'ємом камер 41,6 мі показало, що за його допомогою практично виключається поява небажаних відкладень на регулюючих пристроях та забезпечується стабільність теплового режиму протягом часу;

· матеріали дисертації використовуються в учбовому процесі на кафедрі "Хімічної технології палива" УДХТУ, НТУ "ХПІ" та кафедрі металургійного палива та відновників НметАУ при викладанні спеціальних дисциплін для студентів спеціальності 7.091604 "Хімічна технологія палива та вуглецевих матеріалів".

Особистий внесок дисертанта.

Особистий внесок здобувача в одержанні наукових результатів полягає у постановці задач, формулюванні ідеї і способів проведення експериментів та досягненні мети досліджень, безпосередній участі у теоретичних розробках, організації та проведенні експериментальних робіт у промислових умовах, обговоренні і узагальненні результатів дослідів, написанні наукових статей, а також особистих доповідях на нарадах, конференціях.

Апробація результатів роботи. Основні результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на наступних конференціях: другій міжнародній науково-технічній конференції студентів, аспірантів і молодих вчених "Химия и современные технологии" (м. Дніпропетровськ, УДХТУ, 2005); міжнародній науково-технічній конференції молодих спеціалістів "Азовсталь - 2005" (м. Маріуполь, Азовсталь, 2005); міжнародній ювілейній науково-технічній конференції "Прогрес в технології горючих копалин та хімотології паливно-мастильних матеріалів" (м. Дніпропетровськ, УДХТУ, 2005); міжнародній науково-технічній конференції молодих спеціалістів "Азовсталь" - путь к лидерству" (м. Маріуполь, Азовсталь, 2006); всеукраїнській науковій конференції студентів та молодих вчених "Удосконалення виробництва палива та вуглецевих матеріалів, як чинник розвитку металургії та енергетики" (м. Дніпропетровськ, НМетАУ, 2006).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 13 наукових робіт, у тому числі 7 статей, 5 тез доповідей, отримано патент України на винахід.

Структура та об'єм дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, шести основних розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Повний об'єм дисертації складає 144 сторінки, 1 малюнок на окремій сторінці, 13 малюнків у тексті, 12 таблиць у тексті, 10 додатків на 17 сторінках, 200 найменувань використаних літературних джерел на 20 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми досліджень і сформульована мета роботи, поставлені задачі, які необхідно вирішити для досягнення цієї мети, відображена наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

Аналітичний огляд проблем отримання якісного доменного коксу у сучасних економічних умовах

Викладено критичний аналіз літературних джерел за темою дисертації і встановлено, що основними факторами, які визначають нерівномірність температурних полів у вугільному завантаженні, є розподіл насипної маси вугільної шихти у камерах коксових печей, конфігурація факелу горіння та його стабільність протягом часу.

Напрямок, об'єкт, предмет і методи досліджень

Подано методичну підставу досліджень, яка базується на дослідницькому визначенні теплофізичних характеристик теплоносія у опалювальній системі печей та коксуємої засипки у пічній камері, приведено опис і технічна характеристика використаного дослідницького обладнання.

Розробка методу розподілу теплоносія уздовж опалювальних простінків коксових печей

Наведено результати щодо покращення рівномірності прогріву коксового пирога уздовж обігріваючих простінків коксових печей розроблено метод розподілу теплоносія, який базується на усередненій оцінці мас вугільної шихти в різних зонах камери коксування.

При цьому з рівняння теплового балансу для і-тої дільниці камери коксування та витрат газу через дозуючий пристрій було отримано модель розстановки регулюючих сопел, які потрібно встановлювати на різних ділянках уздовж обігріваючих простінків:

 (1)

коксовий піч шихта вугільний

де б - коефіцієнт витрат; о - коефіцієнт розширення струменя;

K - коефіцієнт теплового розширення отвору витікання; ?P - перепад тиску, Па;

ст.н. - щільність опалювального газу при нормальній температурі, кг/мі(273 К);

Tт.н. - температура опалювального газу у зоні встановлення регулюючого сопла, К;

?т.т - теплотехнічний коефіцієнт корисної дії печей;

qт.н. - найнижча теплота згоряння опалювального газу, кДж/мі;

n - кількість опалювальних каналів на i-тій дільниці простінку;

фп - період коксування, год.;

qш - питомі витрати тепла на коксування, кДж/кг;

сбш - насипна щільність шихти у об'ємі Vі, кг/мі;

Vі - об'єм і-тої частини вугільної завантажування у коксовій камері, мі;

Кб - коефіцієнт розподілу маси завантажування по довжині камери.

Відмінність цього методу від методу Рузіна І.І., який застосовується у практиці регулювання обігріву коксових печей, полягає у тому, що він враховує розподіл маси вугільної шихти в об'ємі камер та її властивості, період коксування та властивості опалювального газу.

Ефективність методу перевірялась на батареї №1 КХВ ВАТ "МК "Азовсталь", де спостерігалась суттєва нерівномірність прогріву коксового пирогу.

Були розраховані нові діаметри регулюючих сопел, і на їх підставі було виконано розташування регулюючих пристроїв наприкінці травня 2004 р. Як свідчать дані, нове розташування призвело до значного покращення рівномірності прогріву: максимальний перепад температур щодо висоти камери зменшився від 204 до 151 К, досягнуто рівномірне підвищення температур з машинної сторони на коксову у відповідності з підвищенням у цьому напрямку маси шихти на одиницю довжини камери. Покращення рівномірності прогріву починаючи з червня 2004 р. (місяць 6) дозволило підвищити механічну міцність коксу.

Щоб виключити пояснення отриманих результатів зміною пластичного шару, вологи, помелу, виходу летких речовин шихти та періодів коксування були побудовані графіки.

Розкид результатів уздовж осей, що відповідають цим показникам, носить досить випадковий характер. Більше того, уздовж осей міцності коксу наведені крапки чітко розділені на дві множини: результати, що характеризують роботу до регулювання (низька міцність) та після регулювання (висока міцність). У зв'язку з цим зміни міцності коксу, що спостерігалися, можуть бути достовірно пояснені тільки оптимізацією розподілу тепла уздовж камер коксування.

До того ж слід додати, що за весь період спостерігань не було жодного випадку "буріння" печей, у той час як до початку випробувань нової системи обігріву такі випадки траплялись неодноразово. Цей ефект позитивно позначається на стані кладки батареї.

Розробка математичної моделі теплопереносу у опалювальному каналі коксових печей

Наведено результати досліджень, які дозволяють покращити розподіл тепла щодо висоти вертикалів, розроблено імітаційно-комп?ютерну модель теплопереносу у опалювальному каналі, у якій враховується склад теплоносія, конструктивні та технологічні фактори, а також рециркуляцію продуктів горіння. У її склад входять математичні рівняння, які описують розподіл температур: на стінці вертикалу висхідного потоку у зонах факелу горіння та руху продуктів горіння, розподіл температур на стінці вертикалу низхідного потоку.

Математична модель факелу побудована на підставі рівнянь матеріального та теплового балансу для реактора повного витискання з урахуванням перемішування у радіальному напрямку (відносно перерізу вертикалу). При цьому швидкість горіння визначається у залежності від хімічної взаємодії горючих компонентів з киснем повітря у газоповітряній суміші змінного складу і від температури процесу.

; (2)

; (3)

де: Т - температура газового потоку, К;

Тст - температура стінки вертикалу, К; Т0 - температура теплоносію на вході у вертикал, К;

w0 - швидкість газу на вході у вертикал, м/с;

w - швидкість руху пальної суміші, м/с;

Qг - тепловий ефект процесу горіння, кДж/мі;

бк - коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, кДж/(мІ·с·град);

qп - потік тепла через одиницю поверхні за одиницю часу в результаті тепловіддачі випромінюванням, кДж/(мІ·с);

Сєг.г. - початкова концентрація горючих газів у газовій реакційній суміші, мі/мі;

Ср - об'ємна теплоємність, кДж/(мі·град);

Хг.г - ступінь перетворення горючих газів, у частках від одиниці;

R - гідравлічний радіус, м;

аг.г. - швидкість процесу горіння по пальних газах.

 (4)

при

де: К0 и Е - параметри, які встановлюються експериментально;

R = 8,314;

бb - коефіцієнт надлишку повітря;

Т - температура газового потоку, К.

Модель враховує теплопереніс конвекцією і випромінюванням, тепловий ефект горіння, швидкість потоку та його теплоємність. Зміна складу реакційної суміші визначається не тільки хімічною взаємодією з киснем її горючих складових, але і розріджуванням рециркулюючими продуктами горіння.

Розроблена на основі математичної моделі комп'ютерна програма дозволила розраховувати розподіл температур на стінці вертикалу висхідного потоку. Це температурне поле визначає усе температурне поле у опалювальній системі.

Для перевірки результатів імітаційно-комп?ютерного модулювання проведені виміри температур у промислових умовах. Виміри температур у вертикалах батареї №1 КХВ ВАТ "МК "Азовсталь" при періоді коксування 19 годин 50 хвилин проводили за допомогою розробленої нами установки з використанням вольфрамо-ренійових термопар по ГОСТ 30044-84. Вимірювались температури на стінках вертикалів низхідного та висхідного потоків і, вперше, безпосередньо у факелі горіння. Із мал. 6 випливає, що математична модель теплопереносу задовільно описує результати експерименту.



Мал. 1. Розподіл температур на стінці вертикалу висхідного потоку:

1 - розрахований; 2 - виміряний.

З літературних даних (наприклад, з робіт Шатенштейна В.Г., Темніка В.Г.) можливо було чекати, що температура продуктів горіння в низхідному потоці швидко урівнюється щодо висоти і залишається постійною до кінця кантівки. Дані, наведені на мал. 7, показують, що температура на стінці низхідного потоку змінюється симбатно з температурою факелу: максимум температур у низхідному потоці досягається у зоні найбільшої температури у середині факелу горіння.

Мал. 2. Розподіл температур у факелі горіння (крива 1) і на стінці вертикалу низхідного потоку (крива 2).

З цих даних витікає, що низхідний потік є ще одним (крім шихти та втрат у навколишній простір) елементом теплообміну факелу з навколишнім середовищем. Зниження тепловтрат за рахунок цього факту частково досягається у результаті віддачі тепла низхідним потоком у регенераторах. Однак перегрів повітря у регенераторах за рахунок цього тепла призводить до прискорення реакцій горіння і, як наслідок, зниженню висоти факелу та ще більшому відхиленню розподілу температур від рівномірного. Це пояснює вплив надлишку повітря на рівномірність розподілу температур щодо висоти.

Наведені дані дають достатні обґрунтування організації роздільної щодо висоти подачі газу і повітря в обігріваючі канали.

Одним з факторів, які дозволяють, подовжити щодо висоти факел горіння, є вибір оптимального співвідношення між швидкістю реакцій горіння і лінійними швидкостями потоків теплоносія і повітря. Практично це може бути досягнуто визначенням оптимальних розмірів косих ходів, горілок і рециркуляційних вікон. Розроблена імітаційно-комп'ютерна модель теплопереносу дозволила розраховувати розміри регулюючих засобів, які встановлюються у низу вертикалів. Це має велике практичне значення, тому що експериментальний їх підбір на діючих печах виключно трудомісткий.

Забезпечення стабільності теплового режиму коксових батарей з нижнім підведенням

Представлені результати дослідження характеру зміни протягом часу температурних полів у коксовій камері, які показали їх суттєву нестабільність: за 4 місяці при незмінних властивостях шихти, періодах коксування, витратах газу та повітря на обігрів спостерігалося зниження середньозважених температур на 40 К щодо осі коксового пирогу за 15 хвилин до видачі на печі №812 ВАТ "Авдіївський КХЗ".

Такий характер зміни температури щодо осі коксового пирогу дозволив висунути гіпотезу відносно впливу відкладень у газопідводящій арматурі на розхід опалювального газу. Для цього було вивчено склад відкладень на циліндрах та регулюючих соплах. Встановлено, що ці відкладення складаються з сірку-, залізо- та кремнійвміщуючих речовин, вологи, коксового та вугільного пилу, а також компонентів кам'яновугільної смоли. Їх поява зумовлена здійсненням фазових переходів, які відбуваються з компонентами опалювального газу у зоні низьких температур. Ці дані дають можливість зробити висновок, що для зниження інтенсивності появи відкладень необхідно забезпечити роботу пристроїв подачі коксового газу у вертикали печей з нижнім підведенням при температурі вище 473 К.

На цій підставі було розроблено та запатентовано нову конструкцію вузлу нижнього підведення коксового газу у вертикали.

Відмінність її від існуючої полягає у переносі регулюючого сопла із ніпелю у газопідводящий канал та необхідних для цього конструктивних змінах. Табличні дані свідчать, що середньозважена температура щодо осі коксового пирогу на печі №807, яка обігрівається за рахунок нових пристроїв, за чотири місяці залишилась практично незмінною. Перепад температур щодо висоти у зрівнянні з камерою №812 знизився від 123-143 К до 108-116 К.

Таким чином, перенесення регулюючого сопла у зону підвищених температур з застосуванням вузлу підведення коксового газу нової конструкції дозволило збільшити степінь стабілізації середньозважених температур щодо осі коксової камери більш ніж у 2,5 рази.

Техніко-економічна оцінка впровадження методу розподілу тепла уздовж опалювальних простінків

Приведено розрахунок економічного ефекту від вдосконалення теплового режиму коксування шихти для умов батареї №1 КХВ ВАТ "МК "Азовсталь". Покращення рівномірності прогріву щодо довжини та висоти камер дозволило підвищити механічну міцність коксу та отримати додатковий прибуток у розмірі 10,44 грн./тонну за рахунок більш високих показників доменної плавки при використанні коксу покращеної якості.

Висновки

1. Одержані наукові та експериментальні результати дозволили вирішити конкретну прикладну галузеву задачу - підвищення якості коксу шляхом вдосконалення теплового режиму коксових печей.

2. Розроблено метод розподілу маси вугільної завантажки у коксовій камері та на цій підставі знайдено оптимальне розташування дозуючих пристроїв уздовж опалювальних простінків, яке пройшло промислові випробовування в умовах КХВ ВАТ "МК "Азовсталь".

3. Розроблено математичну модель розрахунку температурних полів на стінці опалювального каналу, для перевірки якої вперше проведено виміри температур щодо висоти факелу і стін вертикалів у промислових умовах коксових печей.

4. Дослідження теплообміну у опалювальному каналі за допомогою розробленої моделі дозволили знайти оптимальні параметри дозуючих пристроїв, які визначають умови горіння опалювального газу.

5. На підставі досліджень складу відкладень у газопідводящій арматурі та запропонованого механізму їх появи розроблено і запатентовано нову конструкцію вузлу нижнього підведення опалювального газу у вертикали коксових печей.

6. Проведені дослідження вузлу підведення на ВАТ "Авдіївський КХЗ" показали, що його використання забезпечує стабільність теплового режиму коксових печей у часі.

7. Перерозподіл опалювального газу уздовж обігріваючих простінків, який виконано по результатах досліджень, призвів до оптимізації розподілу температур щодо довжини камери і, як наслідок, до покращення якості коксу на батареї №1 КХВ ВАТ "МК "Азовсталь".

При цьому показник механічної міцності М25 збільшився на 1%, показник М10 зменшився на 0,2%.

8. Економічний ефект від покращення теплового режиму процесу коксування на бат. №1 КХВ ВАТ "МК "Азовсталь" склав 10,44 грн./тонну сухого доменного коксу.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

1. Власов Г.А., Зублев Д.Г., Барский В.Д. О равномерном прогреве угольной загрузки в печи для коксования. Сообщ. 1. Распределение температур по высоте камеры // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - №2. - С. 20-24. Автором проаналізовано фактори, які визначають нерівномірність прогріву коксового пирогу щодо висоти.

2. Власов Г.А., Зублев Д.Г., Барский В.Д., Рудницкий А.Г. О равномерном прогреве угольной загрузки в печи для коксования. Сообщ.2. Распределение температур по длине коксового пирога // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - №3. - С. 13-18. Автором проаналізовано фактори, які визначають нерівномірність прогріву коксу уздовж камер коксування, та запропоновано напрямки оптимізації обігріву коксових батарей.

3. Власов Г.А., Зублев Д.Г., Барский В.Д., Рудницкий А.Г. О равномерном прогреве угольной загрузки в печи для коксования. Сообщ.3. Оценка средств регулирования обогрева коксовых батарей // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - №4. - С. 14-17. Здобувачем визначені умови раціонального використання засобів регулювання обігріву коксових батарей.

4. Власов Г.А., Зублев Д.Г., Барский В.Д., Рудницкий А.Г. О равномерном прогреве угольной загрузки в печи для коксования. Сообщ. 4. О закономерностях формирования факела в обогревательных каналах коксовых печей // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - №5. - С. 12-17. Дисертантом описані рівняннями закономірності формування факелу горіння у вертикалах коксових печей.

5. Зублев Д.Г., Власов Г.А., Волокита Г.И., Барский В.Д., Рудницкий А.Г. Регулирование режима обогрева коксовых батарей с учётом распределения угольной шихты в печных камерах // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2004. - №3. - С. 35-39. Автором розроблено метод розподілу теплоносію уздовж опалювальних простінків.

6. Зублев Д.Г., Барский В.Д., Власов Г.А., Волокита Г.И., Пятница В.А., Федотова О.Г. О стационарности теплового режима коксовых батарей с нижним подводом // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2004. - №5. - С. 13-15. Здобувач безпосередньо приймав участь у проведенні експерименту. Ним описано механізм появи небажаних відкладень на регулюючих соплах.

7. Нарушев С.И., Зублев Д.Г., Барский В.Д. Влияние теплового режима коксовых батарей на механическую прочность выпускаемого кокса // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2005. - №1. - С. 12-14. Автором досліджено вплив розподілу температур щодо довжини камери коксування на механічну міцність коксу.

8. Власов Г.А., Зублев Д.Г., Барский В.Д., Волокита Г.И., Шевченко Т. А. Патент на винахід №6284 від 15.05.2005, "вузол нижнього підведення опалювального газу у вертикальні канали коксової печі". Автору належить ідея переносу регулюючого сопла у газопідводящий канал коксової печі.

9. Зублев Д.Г., Нарушев С.И. Промышленная проверка метода расчёта распределения тепла вдоль обогревательных простенков печей с нижним подводом // Сборник докладов международной научно-технической конференции молодых специалистов "Азовсталь-2005". - Мариуполь: Азовсталь. - 2005. - С. 8. Автором зроблена доповідь.

10. Зублев Д.Г., Власов Г.А., Барский В.Д. Новый узел нижнего подвода отопительного газа в вертикалы коксовых печей // Тезисы докладов второй международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных "Химия и современные технологии" - Днепропетровск: УГХТУ.- 2005. - С. 129. Автором зроблена доповідь.

11. Зублев Д.Г., Власов Г.А., Барский В.Д. Совершенствование обогрева коксовых батарей // Тези доповідей міжнародної ювілейної науково-технічної конференції "Прогрес в технології горючих копалин та хімотології паливно-мастильних матеріалів". - Дніпропетровськ: УДХТУ. - 2005. - С. 247-249. Автором зроблена доповідь.

12. Зублев Д.Г., Барский В.Д. Имитационно-компьютерная модель теплопереноса в отопительном канале коксовой батареи // Тези доповідей всеукраїнської наукової конференції студентів та молодих вчених "Удосконалення виробництва палива та вуглецевих матеріалів, як чинник розвитку металургії та енергетики". - Дніпропетровськ: НМетАУ. - 2006. - С. 54, 55. Автором зроблена доповідь.

13. Зублев Д.Г., Барский В.Д. Установка для измерения температур по высоте отопительных каналов коксових печей // Сборник докладов между-народной научно-технической конференции молодых специалистов "Азовсталь - путь к лидерству". - Мариуполь: Азовсталь. - 2006. - С. 137. Автором зроблена доповідь.

Размещено на Allbest.ru