Коксовая пыль. Её улавливание и предотвращение пылевыделений. Инновационный проект по использованию коксовой пыли как продукта Практические способы сжигания коксовой пыли

Известия СПбГТИ(ТУ) №34 2016

I. ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ Процессы и аппараты

За рубежом активно занимаются брикетирова-

нием отходов, однако информацию об этих технологиях

стараются не распространять и достаточно строго охра-

няют. Зарубежные брикетные производства, использую-

щие даже не отходы, а полноценное сырье, высокорента-

бельны. В развитых странах брикетированию постоянно

уделяется самое пристальное внимание. Инвестируют-

ся значительные средства в научные и технологические

разработки, в строительство новых и совершенствова-

ние существующих брикетных производств, особенно ис-

пользующих отходы или низкосортное сырье. В Англии,

Франции, Германии, Чехии, Польше, Турции, США, Ав-

стралии и других странах по различным технологиям в

больших объемах производят брикеты на основе уголь-

ной мелочи. Это обусловлено тем, что при сжигании

угольных брикетов, по сравнению со сжиганием рядово-

го угля, повышается на 25-35 % КПД топочных устройств,

снижаются на 15-20 % выбросы сернистого газа; более,

чем вдвое снижаются выбросы твердых веществ с дымо-

выми газами, а также на 15-20 % снижается недожог горю-

чих компонентов.

Таким образом, используя отходы коксовой мело-

чи в процессе брикетирования, можно существенно эко-

номить энергетические и сырьевые ресурсы, снижать за-

грязнение окружающей среды, а также создавать новые,

эффективные рабочие места и за счет рентабельной ра-

боты брикетных производств пополнять бюджеты всех

уровней. Все сказанное выше в полной мере относится и

к процессу утилизации мелочи нефтяного кокса.

Получение нефтяного кокса

и области его использования

Нефтяные коксы (углерод нефтяного происхож-

дения) представляют собой пористую твердую неплав-

кую и нерастворимую массу от темно-серого до черного

цвета. Они состоят из высоко конденсированных, высо-

ко ароматизированных полициклических углеводородов

с небольшим содержанием водорода, а также других ор-

ганических соединений. Элементный состав сырого (не

прокаленного) нефтяного кокса (в %): C: 91-99,5; H: 0,035-

4; S: 0,5-8; (N+O): 1,3-3,8; остальное - металлы.

Промышленный процесс коксования осущест-

вляется на установках трех типов: периодическое

коксование в коксовых кубах, замедленное коксование в

камерах, непрерывное коксование в псевдоожиженном

слое кокса-носителя.

Замедленное (полунепрерывное) коксование

наиболее широко распространено как в мировой практи-

ке, так на российских НПЗ. После резки массива готового

продукта струей воды под давлением до 15 МПа кокс по-

ступает в дробилку, где измельчается на куски размером

не более 150 мм, после чего подается элеватором на гро-

хот, где разделяется на фракции 150-25, 25-6 и 6-0,5 мм.

Достоинства замедленного коксования − высокий выход

малозольного кокса. Из одного и того же количества сы-

рья этим методом можно получить в 1,5-1,6 раза больше

кокса, чем при непрерывном коксовании.

Главными показателями качества нефтяного кок-

са являются содержание серы, золы, влаги, выход лету-

чих веществ, гранулометрический состав, механическая

прочность.

лосернистые (до 1 %), сернистые (до 2 %) и высокосерни-

стые (более 2 %). По содержанию золы коксы делятся на

малозольные (до 0,5 %), среднезольные (0,5-0,8 %), вы-

сокозольные (более 0,8 %). По гранулометрическому со-

ставу − на кусковой (фракция с размером частиц более 25

мм), «орешек» (6-25 мм), мелочь (менее 6 мм).

Сортировка кокса на фракции производится толь-

ко на установках замедленного коксования (УЗК).

Кусковой нефтяной кокс применяется в основном

в металлургической промышленности. Он используется

для получения анодной массы в производстве алюминия,

графитированных электродов дуговых печей в сталепла-

вильном производстве, для получения сульфидизаторов в

цветной металлургии (для перевода оксидов металлов или

металлов в сульфиды с целью облегчения их последующего

извлечения из руд, в частности в производстве Cu, Ni и Co).

Применение нефтекокса в качестве исходного

сырья в производстве электродов для дуговых электро-

печей ограничивается содержанием серы. К сожалению,

значительную часть продукции составляют именно серни-

стые разновидности нефтяного кокса, т.к. малосернистые

нефти в нашей стране сравнительно редки. Для удале-

ния серы нефтекокс подвергают прокаливанию в шахтных

или вращающихся печах при температуре 1000-1400 ºC.

В химическом производстве нефтяной кокс при-

меняется в качестве восстановителя, например в про-

изводстве BaS

из барита, при получении CS

Карбидов

кальция и кремния.

Низкокачественный сернистый кокс применяет-

ся, в основном, в качестве топлива.

Возможные области

применения коксовой мелочи

После установок замедленного коксования на

нефтеперерабатывающих предприятиях накапливается

большое количество тонкодисперсных отходов кокса с раз-

мерами частиц от нескольких микрон до 6 мм – так называ-

емой коксовой мелочи, которая пока почти не находит ква-

лифицированного применения и требует дополнительных

затрат на утилизацию. Однако такие отходы могут служить

сырьем для получения ценных продуктов и топлива с вы-

совой мелочи, а особенно ее пылевидных фракций, оста-

ется в нефтеперерабатывающей отрасли актуальной и в

плане решения вопроса полноты использования суммар-

ного кокса, и по экологическим соображениям.

Коксовая мелочь не находит прямого применения

без дополнительной обработки из-за тонкодисперсного

состояния и высокой зольности, сложности с разгрузкой и

транспортировкой. С другой стороны, запасы традицион-

ных энергоносителей неуклонно сокращаются, что делает

важным развитие производств по переработке отходов, в

том числе коксовой мелочи в товарную продукцию. Про-

блема утилизации коксовой мелочи очень перспективна,

но требует тщательной разработки технологии и подбора

оборудования.

Коксовая мелочь, и в особенности коксовая пыль,

требуют специальной подготовки для вторичного исполь-

зования. Одним из методов подготовки выступает окуско-

вание. Известны четыре способа окускования пыли: агло-

мерация, грануляция, брикетирование и таблетирование.

Согласно многим литературным данным ,

оптимальными для утилизации коксовой пыли являются

технологии брикетирования и таблетирования.

На рисунке 1 представлены основные перспек-

тивные направления утилизации коксовой мелочи.

Рисунок 1. Возможные области использования коксовой мелочи.

Владельцы патента RU 2468071:

Изобретение относится к технологии брикетирования горючих компонентов - угольных шламов, мелких классов угля, коксовой пыли. Способ брикетирования коксовой пыли заключается в получении концентрата. Концентрат получают обогащением коксовой пыли с размерами частиц менее 1 мм с исходной зольностью 10-16,8% мас. и сернистостью 0,4-0,5 мас.% методом масляной агломерации до зольности 5,0-5,5 мас.% и сернистости 0,05 мас.%. Смешивают подготовленный концентрат и разогретое до 100-133°С связующее - карбамид, взятый в количестве 4,0-6,0% к массе исходного концентрата. Брикетируют смесь ступенчато, для чего сначала устанавливают нагрузку 5-6 атм, с выдержкой 3-5 мин и далее до 15 атм с выдержкой при максимальной нагрузке 3-5 мин. Технический результат - получение топливных брикетов с низкой зольностью и сернистостью, утилизация коксовой пыли. 6 табл., 3 пр.

Изобретение относится к технологии брикетирования горючих компонентов, например угольных шламов, мелких классов угля, коксовой пыли и т.д. Полученные брикеты могут быть использованы в качестве топлива для сжигания в бытовых и промышленных топках, а также для коксования в коксохимической и металлургической промышленности.

Объемы образования коксовой пыли весьма велики, в среднем на одном коксохимическом предприятии в год образуется около 18-20 тыс. т коксовой пыли. Применения коксовая пыль практически не находит из-за тонкодисперсного состояния и высокой зольности, сложности с разгрузкой и транспортировкой. Проблема утилизации коксовой пыли является весьма актуальной.

Изобретение способствует решению экологических проблем, связанных с образованием и утилизацией отходов (коксовой пыли).

Известны способы брикетирования каменных углей и антрацитов, включающие обезвоживание и сушку исходного угля до влажности 2-3%, смешивания его с жидкими или твердыми связующими (нефтебитумы, каменноугольный пек, сульфат-спиртовая барда, твердые глины, цемент), прессование смеси давлением 20-50 МПа, и последующее охлаждение (см. Елишевич А.Т. «Технология брикетирования полезных ископаемых». - М.: Недра, 1989, с.86, 92, 98, 101, 106).

Упомянутым способам присущи следующие недостатки.

Во-первых, необходимость использования предлагаемых связующих значительно усложняет и удорожает процесс брикетирования каменных углей, т.к. предусматривает операции по глубокому обезвоживанию и термической сушке исходного угля до минимальных значений по влажности, т.е. до 2-3%.

Во-вторых, существующие технологии брикетирования каменных углей и антрацитов не предназначены для использования в качестве исходного сырья коксовой пыли (класс крупности 0-1,0 мм) и тонкодисперсных угольных шламов (класс крупности 0-1,0 мм), образующихся при добыче и переработке каменных углей. Угольные шламы и коксовую пыль сбрасывают в отстойники и отвалы углеперерабатывающих предприятий, что ухудшает экологическое состояние окружающей среды в угледобывающих регионах.

Известен способ получения топливных брикетов из бурого угля, который заключается в смешивании бурого угля крупностью менее 6,0 мм с предварительно измельченным до частиц размером менее 2 мм полиэтиленом (бытовыми отходами) в количестве 4,4÷5,0% (на сухую массу угля), нагреве смеси до температуры 120÷140°С с изотермической выдержкой в течение 30 мин, получении брикетов при давлении брикетирования 78 МПа. Механическая прочность на сжатие получаемых брикетов составляет не менее 7,8 МПа (Заявка на патент РФ №2008109775/04, опубл. 20.11.2009 г.).

Недостатки известного способа следующие: используется бурый уголь, имеющий склонность к окислению и самовозгоранию, что затрудняет транспортировку брикетов на дальние расстояния и хранение на срок более 3 недель. Еще одним недостатком является высокое давление прессования 78 МПа.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности (прототипом) является способ получения топливных брикетов, включающий смешивание измельченного твердого топлива на основе коксовой мелочи с размерами частиц 0,05-16,0 мм в количестве 50-80 мас.% со связующим на основе модифицированного лигносульфоната в количестве 8-9% от массы измельченного твердого топлива, брикетирование смеси под давлением 25 МПа и последующую термообработку брикетов (Патент РФ №2298028, опубл. 27.04.2007 г.).

Известный способ получения топливных брикетов имеет следующие недостатки:

1. Высокое давление прессования (25 МПа), что экономически и энергетически невыгодно и технически труднодостижимо.

2. Достаточно высокое содержание связующего - 8-9% от массы твердого топлива.

Предлагается брикетирование коксовой пыли, которая является высококалорийным отходом коксохимических предприятий.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение топливных брикетов с низкой зольностью и сернистостью, приготовленных из концентрата коксовой пыли, что позволит улучшить экологическую обстановку в углеперерабатывающих регионах.

Технический результат достигается тем, что в способе брикетирования коксовой пыли, включающем смешивание измельченного твердого топлива со связующим, брикетирование смеси под давлением, согласно изобретению, в качестве измельченного твердого топлива используют предварительно обогащенную методом масляной агломерации до зольности 5,0-5,5 мас.% и сернистости 0,05 мас.% коксовую пыль с исходной зольностью 10-16,8 мас.%, сернистостью 0,4-0,5 мас.%, с размерами частиц менее 1 мм, в качестве связующего используют карбамид в количестве 4,0-6,0% к массе исходного концентрата, причем карбамид перед введением в исходный концентрат разогревают до 100-133°С, а брикетирование смеси под давлением производят ступенчато, для чего сначала устанавливают нагрузку 5-6 атм, с выдержкой 3-5 мин и далее до 15 атм с выдержкой при максимальной нагрузке 3-5 мин.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Коксовую пыль обогащают на установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов.

Коксовая пыль тонкодисперсная, крупностью менее 1 мм. По количеству зольности коксовая пыль относится к среднезольным угольным отходам, что препятствует ее возвращению в шихту коксования и прямому сжиганию, поэтому первоначальным этапом ее подготовки является обогащение.

Так как коксовая пыль тонкодисперсная (<1 мм), то оптимальный метод ее обогащения - масляная агломерация. К основным достоинствам метода масляной агломерации относят высокую селективность при разделении частиц менее 100 мкм (что и характерно для коксовой пыли), широкий диапазон зольности обогащаемого угля, возможность вести процесс при плотности пульпы до 600 г/л, дополнительное обезвоживание концентрата вытеснением воды маслом при образовании углемасляных гранул.

В емкость наливают техническую или питьевую воду, загружают коксовую пыль. До визуального перемешивания в течение 1-2 мин проводят интенсивное смешивание коксовой пыли и воды при помощи лопастной мешалки, соединенной с двигателем. Перемешивание более 3 мин нецелесообразно. Во избежание образования «воронки», снижающей интенсивность перемешивания, в емкость устанавливают специальные преградители. Затем добавляют углеводородный реагент и перемешивают еще в течение 5-8 мин. Перемешивание менее 5 мин не приводит к образованию масляных агломератов, так как углеводородный реагент не успевает полностью смочить поверхность пылевых частиц. Увеличение времени перемешивания свыше 8 мин нецелесообразно, так как расходуется дополнительная энергия.

В результате турбулизации пульпы (смеси воды, коксовой пыли и реагента) происходит селективное образование коксомасляных агрегатов, которые уплотняются, структурно преобразуясь в прочные гранулы сферической формы при этом топливо избавляется от балласта - минеральных примесей. Зольность полученных концентратов не превышает 5,5 мас.%, сернистость - 0,05 мас.%, что говорит о приемлемости полученных концентратов для технологии коксования и энергетики; высокий выход продукта (до 84% мас.) и более низкая зольность и сернистость концентратов обусловлены полнотой разделения органической и минеральной частей коксовой пыли в процессе обогащения методом масляной агломерации.

На выходе с установки получают концентрат со следующими характеристиками (табл.1).

Полученный концентрат и разогретый до 100-133°С карбамид в количестве 4,0-6,0% к массе исходного концентрата смешивают в пресс-форме.

Выбор в качестве связующего карбамида обусловлен его доступностью и невысокой стоимостью. Карбамид легкодоступен вследствие больших его производств в промышленности и низкой стоимости на рынке. Расход связующего (карбамида) определяют потребностью для формирования прочного топливного брикета.

Полученную смесь прессуют в штемпельном прессе ступенчато: сначала устанавливают нагрузку 5-6 атм, с выдержкой 3-5 мин и далее до 15 атм с выдержкой при максимальной нагрузке 3-5 мин. При ступенчатом прессовании достигается оптимальное взаимодействие компонентов в смеси, с образованием структуры топливного брикета.

На выходе получают топливные брикеты со следующими техническими характеристиками (табл.2).

Пример конкретного применения способа.

Коксовую пыль обогащают на экспериментальной установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов.

На выходе с установки получают концентрат со следующими характеристиками (табл.3).

Берут 100 г полученного концентрата и 4 г разогретого до 133°С карбамида, смешивают в пресс-форме и прессуют в штемпельном прессе ступенчато: сначала устанавливают нагрузку 5 атм, с выдержкой 3 мин и далее до 15 атм с выдержкой при максимальной нагрузке 5 мин.

На выходе получают топливные брикеты, приемлемые для коксования и прямого сжигания, технические характеристики которых представлены в таблице 4.

Пример 2. Коксовую пыль обогащают на экспериментальной установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов.

В емкость наливают техническую или питьевую воду объемом 850 мл, загружают коксовую пыль массой 200 г. В течение 1-2 мин проводят интенсивное смешивание коксовой пыли и воды при помощи лопастной мешалки, соединенной с двигателем. Во избежание образования «воронки», снижающей интенсивность перемешивания, в емкость устанавливают специальные преградители. Затем добавляют углеводородный реагент (отработанное эксгаустерное масло) в количестве 30 мл и перемешивают еще в течение 5-8 мин.

На выходе с установки получают концентрат со следующими характеристиками (табл.5):

Полученный концентрат массой 100 г и разогретый до 50°С карбамид массой 5 г смешивают в пресс-форме и прессуют в штемпельном прессе с нагрузкой 5 атм 5 мин.

1. Температура разогретого карбамида не достаточна для его полного расплавления и соответственно невозможно его распределение по всей массе коксового концентрата, что приводит к уменьшению прочности топливного брикета.

2. Снижение давления прессования менее 15 атм приводит к уменьшению прочности топливного брикета.

Пример 3. Коксовую пыль обогащают на экспериментальной установке методом масляной агломерации для получения глубоко обогащенных концентратов.

В емкость наливают техническую или питьевую воду объемом 850 мл, загружают коксовую пыль массой 200 г. В течение 1-2 мин проводят интенсивное смешивание коксовой пыли и воды при помощи лопастной мешалки, соединенной с двигателем. Во избежание образования «воронки», снижающей интенсивность перемешивания, в емкость устанавливают специальные преградители. Затем добавляют углеводородный реагент (отработанное эксгаустерное масло) в количестве 30 мл и перемешивают еще в течение 5-8 мин.

На выходе с установки получают концентрат со следующими характеристиками (табл.6).

Полученный концентрат массой 100 г и разогретый до 160°С карбамид массой 15 г смешивают в пресс-форме и прессуют в штемпельном прессе с нагрузкой 25 атм 5 мин.

На выходе не получают топливный брикет, так как:

1. Разогрев карбамида до 150°С приводит к его разложению.

2. Согласно математической зависимости, рассчитанной доктором А.Т.Елишевичем, вовлечение более 10% связующего реагента в систему является экономически и технологически неоправданным.

3. Применение резкого повышения давления до 25 атм приводит к получению непрочного топливного брикета из-за неоднородного распределения связующего по массе концентрата.

Предложенный способ получения топливных брикетов позволяет снизить зольность и сернистость топливных брикетов. Кроме того, в предложенном способе для получения топливных брикетов используется коксовая пыль, являющаяся отходом коксохимических предприятий, утилизация которой позволит улучшить экологическую обстановку в углеперерабатывающих регионах.

Защита атмосферного воздуха от загрязнения является одной из наиболее актуальных проблем современности. Коксохимическое предприятие (КХП) - это совокупность специфических производств, связанных с высокотемпературной обработкой угольной шихты без доступа воздуха и переработкой выделяющегося при этом коксового газа с получением целого ряда ценных химических продуктов. Тради¬ционные технологические процессы в ряде случаев связаны с выделе-нием в атмосферный воздух вредных веществ, входящих в состав коксового газа, таких как аммиак, оксид углерода, оксид азота, диок¬сид серы, сероводород, цианистый водород, бензол, нафталин, фено¬лы, а также угольная и коксовая пыли.

Работа содержит 1 файл

Для предотвращения взрывов в автономной системе отсоса выводимые из печи газы сжигают непосредственно у места вывода из загрузочных люков. Более предпочтительным представляется метод (рис.11) , устраняющий попадание кислорода воздуха в систему отсоса. Для этого отсос газов производят из трубы, которая на время загрузки вводится в центральный люк на глубину 20-100 мм в подсводовое пространство. Воздух, подсасываемый в систему, проходит через кольцевой зазор между люком и отсасывающей трубой и попадает в подсводовое пространство. Воздух, подсасываемый в систему, проходит через кольцевой зазор между люком и отсасывающей трубой и попадает в подсводовое пространство, где благодаря высокой температуре вступает во взаимодействие с горючими компонентами газов загрузки. Последняя система отработана в промышленных условиях на головной опытно-промышленной установке термоподготовки шихты батареи N7 Западно-Сибирского металлургического комбината.

автономной системой отсоса и очистки газов загрузки

Шлам

Рис.11. Схема отсоса и очистки газов загрузки термоподготовленной шихты углезагрузочным вагоном на Западно-Сибирском комбинате:

1 - подвижная труба; 2 - отсасывающая труба; 3 - циклон; 4 - вентиляторы; 5 - топка дожига; 6 - баллон с пропаном для запыльного устройства; 7 - насосы

Газы загрузки смешиваются с воздухом, подсасываемым в люк, и частично сгорают на входе в заглубленную телескопическую трубу, через которую производится отсос. В трубу впрыскивают воду, чтобы снизить температуру газа. После дымососа газы обеспыливаются в циклоне ЦН-24, замененным впоследствии из-за низкой эффективности на ЦН-15. Перед выбросом в атмосферу газы сжигали в специальной топке. Однако полного и устойчивого сжигания газа добиться не удалось из-за колебаний состава и калорийности газов, а также недостатков конструкций топочных и запальных устройств. В связи с этим был испытан способ передачи обеспыленных газов загрузки в отводы газосборника с машинной стороны через специальный стыковочный узел. Испытания показали работоспособность и высокую эфективность этого способа. Для дополнительного повышения степени улавливания пыли из газов загрузки планируется вместо циклона ЦН-15 использовать высокоэфективный конический циклон СК-ЦН-34.

Текучесть и аэриру емость нагретой шихты позволяют применять для нее безвагЬнные методы загрузки. Бездымная загрузка шихты по трубопроводам с помощью пара или инертного газа призвана значительно уменьшить выбросы в атмосферу. Однако при испытаниях на Донецком заводе унос пыли при трубопроводной загрузке оказался значительно выше, чем при вагонном методе загрузки. Это обстоятельство, а также более высокий уровень затрат, сложность технических решений по узлам запорно-переклю- чакицих устройств и отсеканию инертного газа от угля сдерживают проведение дальнейших разработок этого метода.

Таким образом, в настоящее время наиболее распространенным является способ бездымной загрузки с удалением запыленных газов загрузки в газосборники паро- или гидроинжекцией. Специальные углезагрузочные вагоны с автономными системами отсоса могут обеспечить эффективное обеспыливание отсасываемых газов, но обезвреживание газовых компонентов вызывает значительные затруднения. Перспективным является вариант обезвреживания газов загрузки сжиганием их в подсводовом пространстве при помощи заглубленной телескопической трубы с последующим сухим обеспыливанием этих газов и передачей их через специальные стыковочные узлы в газосборник.

УЛАВЛИВАНИЕ КОКСОВОЙ ПЫЛИ НА УСТАНОВКАХ БЕСПЫЛЕВОЙ ВЫДАЧИ КОКСА

Борьба с выбросами при выталкивании кокса из печных камер - одна из наиболее сложных задач. Над раскаленным коксом, попадающим в тушительный или коксовозный вагоны, возникает интенсивное восходящее течение нагретого воздуха, которое вовлекает в движение значительные массы окружающего атмосферного воздуха. Этот подсасываемый (эжектируемый) из атмосферы поток подхватывает образующиеся при разрушении коксового пирога частицы пыли и увлекает их вверх. В результате возникает окрашенное пылевое облако значительных размеров, в этом облаке, кроме пыли, могут содержаться и газообразные вредные вещества, выделяющиеся из кокса; объем этих газов сравнительно невелик и обычно не превышает нескольких десятков кубометров.

Образование пылевого облака при выдаче происходит весьма быстро, поэтому этот неорганизованный выброс принято отность к залповым. При выдаче кокса недостаточной готовности наблюдается образование густых облаков плотного черного или черно-зеленого дыма. Такие выдачи происходят при незавершенности процесса коксования в центре угольной загрузки или неравномерном обогреве печей, приводящем к образованию в загрузке холодных зон. На современных большегрузных печах даже незначительное отклонение в режиме обогрева час+о создает условия для получения недостаточно скоксо- ванного пирога. В частности, фактором, определяющим пылевыделе- ние при выдаче, является период коксования. Этот факт наглядно иллюстрируется рис.12, данные для которого получены в результате измерений на Алтайском коксохимическом заводе.

Ужесточение требований к атмосфероохранной деятельности на коксохимических предприятиях вызвало необходимость разработки технологических мероприятий по повышению равномерности обогрева печей и внедрения систем беспылевой выдачи кокса. Для уменьшения выбросов при выдаче кокса применяют способ локализации и обезвреживания (обеспыливания). Существуют несколько вариантов систем беспылевой выдачи кокса: пылеотсасывающие зЬнты над кок- сонаправляющей и тушильным вагонами; перекрытия над рельсовым путем тушильного вагона; комбинированные системы беспылевой выдачи и тушения кокса.

Наибольшее признание получили системы с устройством зонтов, отсосом и очисткой газов выдачи. При этом отсасывающее и пылеулавливающее оборудование проектируют как в передвижном, так и в стационарном исполнении. Трудность при локализации выбросов представляет герметизация стыков корзины коксонаправл яющей с рамой двери, зонта с вагоном и вытяжного патрубка зонта со стационарной системой отсоса. Разрешение этих проблем характеризуется значительным разнообразием и сложностью конструктивных разработок. На практике чаще всего используются системы с передвижным зонтом и стационарной системой пылеулавливания. В качестве пылеуловителей применяют скрубберы Вентури, мокрые электрофильтры, тканевые фильтры. В последнее время за рубежом наблюдается тенденция перехода только на сухие пылеуловители, как правило, рукавные фильтры.

В СССР первоначально применялась передвижная система обеспыливания газов выдачи, смонтированная на двересьемной машине. Легкий зонт соединялся с группой из двух циклонов типа ЦН-15-800 и дымососом. Такие системы при испытаниях на батарее с объемом камер 41,6 м 3 улавливани - 750 кг пыли в сутки. Однако предусмотренное проектом удаление пыли из бункеров циклонов шнековыми транспортерами" оказалось неработоспособным, вследствие чего циклоны быстро забивались пылью, что привело к интенсивному износу дымососов и выходу их из строя.

В 1983 г. на Коммунарском коксохимическом заводе была пущена первая установка беспылевой выдачи кокса (УБВК) со стационарной системой отсоса и очистки газов. Она представляет собой (рис. 13) систему удаления и обеспыливания газов выдачи в виде зонта 1 над тушильным вагоном 2, соединенного с коллектором 3, откуда газы выдачи отсасываются через пылеуловители 4, 5 вентилятором 6 типа ВМ-18А производительностью 104 тыс. м 3 /ч. Предусмотрено, что с целью экономии электроэнергии вентилятор постоянно работает на малых оборотах с производительностью 5 тыс.м 3 /ч и только на период выдачи работает с производительностью 104 тыс.м 3 /ч. Обеспыливание газов выдачи происходит в осадительной камере 4 и аппаратах КМП 5. Подобные установки в последние годы смонтированы еще на ряде заводов.

Исследования, проведенные ВУХИНом на УБВК Коммунарского и Алтайского КХЗ, показали, что степень очистки газов от пыли в период выдачи составляет на Коммунарском заводе 95,7 %, на Алтайском 96,3 %. Установлено, что усредненное за время выдачи в течение 20-40 мин с содержанием пыли в газах выдачи составляет от 2 до 6 г/м 3 . При этом запыленность примерно пропорциональна массе выгружаемого кокса и составила для Коммунарского завода в среднем 2,5, доя Алтайского 5,7 г/м 3 . Остаточная концентрация после КМП 0,21 г/м 3 .

Приведенные величины концентрации характеризуют залповые пылевыделения в период выдачи. ПоГОСТ 17.2.3.02-78 (п.4.3) контроль за выбросами должен производиться в течение не менее 20 мин, поэтому характеристики действующих систем должны определяться с учетом усреднения за это время. Для того чтобы оценить необходимую степень обеспыливания газов выдачи, нужно привести залповый выброс пыли к максимально разовому в соответствии с ГОСТ 17.2.3.02- 78.

Принимая, что за 20 мин согласно пооперационному графику на одной батарее происходит не более двух выдач, можно определить требуемую величину степени очистки или рассчитать усредненную остаточную концентрацию при заданной (фактической) степени очистки. В общем случае решение о величине допустимой остаточной концентрации должно приниматься только на основе результатов расчета рассеивания пыли в атмосфере с учетом других источников выбросов. Для примера с достаточной степенью близости к практике эту величину можно принять на уровне 50 мг/м 3 . При объеме отсасываемых газов Q - 104 тыс.м 3 /ч, концентрации пыли с н - 2,5 г/м 3 за п « 2 выдачи продолжительностью х - 30 с каждая, количество пыли, поступающей на очистку за 20 мин, составит

С 20 = ^ = 10400 ° 3 - 2 " 5 ЗШ = 4330 Г -

Объем газа за эти же 20 мин с учетом вывода вентилятора на полную производительность за 1 мин до начала выдачи и перевода его на экономный режим 5000 м 3 /ч через 1 мин после окончания выдачи составит

104000(60 2 + 30)2 5000-900 3

20 = 3600 3600

Тогда усредненная за 20 мин величина концентрации пыли, поступившей на очистку,

4330 _ .„, з С 20 = 9583 = М52Г/М "

а потребная степень очистки

Подобный расчет, выполненный для большегрузной батареи с объемом камер 41,6 м 3 при запыленности газов выдачи 5,7 г/м 3 . показывает, что степень очистки должна быть не менее 95,2 %. Таким образом, с учетом близости приведенного примера к практическим ситуациям следует признать, что фактически достигаемая степень обеспыливания газов выдачи (-96 %) обеспечивает достижение заданных санитарных норм на выхлопе в атмосферу. С целью проверки такого вывода необходимо учесть требования к остаточной концентрации пыли на выходе в атмосферу, т.е. окончательное решение о количестве ступеней пылеулавливания должно приниматься на основе анализа результатов рассеивания пыли и связанных с этим требованиями к качеству воздуха селитебных зон. В то же время, учитывая, недостатки действующих УБВК (громоздкость и низкая эффективность осадительной камеры, образование большого количества труд- ноутилизируемых шламовых вод, необходимость строительства закрытых обогреваемых помещений для аппаратов мокрой очистки и т.д.), возникает необходимость в других технических решениях.

Существующие тенденции все еще базируются на увеличении объема отсасываемых газов до 150-180 тыс.м 3 /ч с соответствующим увеличением размеров и конструкции зонта.

Концентрация пыли в отсасываемой из-под зонта газе в этом случае достигает 18-22 г/м 3 . Устанавливая на первой ступени очистки группы циклонов ЦН-15, достигают сумарной степени очистки 99,1-99,2 % при остаточной концентрации пыли в газах выдачи 0,11-0,22 г/м 3 . Нетрудно видеть, что приложенные усилия работают сами на себя: увеличив объём отсоса, получаем повышенную запыленность, уменьшение которой до требуемых норм вынуждает искать пути повышения степени очистки.

Как и в случае с объемами аспирации, в первую очередь необходимо определить расход газа, поступающего на очистку. На действующих УБВК эта величина составляет 100-160 тыс.м 3 /ч. В то же время практика работы УБВК при тщательной герметизации вагона на заводах "Остерфельд" и "Эрин", ще объем отсасываемых при выдаче кокса газов не превышает 15-18 тыс.м 3 /ч, приводит к выводу о слабой герметизации стыков на отечественных установках. На это указывают результаты дисперсного анализа частиц пыли, уносимой из-под зонта в систему отсоса, согласно которым медианный размер частиц составляет dm ~ 230 мкм при степени полидисперсности а ш 20. Поскольку скорость витания таких частиц достигает 1,35 м/с, а регламентная величина скорости в неплотностях укрытий обычно равна 0,5 м/с, можно сделать вывод о более чем двукратном превышении расхода отсасываемых при выдаче газов над минимально необходимым.

Нельзя не заметить, что определение оптимального объема отсоса газов выдачи представляет собой довольно сложную задачу. Применить теоретические методы расчета в этом случае не представляется возможным из-за слабых физических представлений о процессах пы- легазообразования при выдаче кокса и невозможности создания математических моделей, а экспериментальный подход вследствие отсутствия критериев масштабного перехода возможен только в промышленном масштабе. Тем не менее оптимизация отсоса определяет экономичность и эффективность методов борьбы с пылегазовыделени ями при выдаче кокса, поэтому трудоемкая и сложная экспериментальная работа, направленная на уменьшение объема отсоса до оптимального, должна быть выполнена в ближайшее время. Очевидно, что снижение установленного расхода до оптимального должно сопровождаться разработкой мероприятий по герметизации неплотностей. В первую очередь это относится к стыку между зонтом и вагоном, ще зазор достигает 300-1000 мм, в то время как на зарубежных УБВК лишь 100-150 мм.

В.П. Кравцов, А.В. Папин

УДК 622.648.24

В.П. Кравцов, А.В. Папин АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ БРИКЕТИРОВАНИЯ КОКСОВОЙ ПЫЛИ

В современных условиях развития рыночной экономики активно повышается энергопотребление, что неизбежно ведет к созданию эффективных энергосберегающих технологий, обеспечивающих комплексное использование сырья и материалов с максимальным снижением вредного воздействия на окружающую природную среду.

Актуальность разработки данных технологий в углехимии возникает на стыке двух сопутствующих аспектов. С одной стороны, запасы коксующихся углей неуклонно сокращаются, наблюдается непрерывный рост их цены, уменьшается добыча природного железорудного сырья, увеличиваются затраты на его обогащение, трудно осваиваются новые месторождения. При этом постоянно растут тарифы на энергоресурсы и железнодорожные перевозки. С другой стороны, возрастают накопленные десятилетиями отходы металлургического, горнодобывающего, и химического производств, топливно-энергетического комплекса. Существующие технологии вторичного использования углехимических и коксохимических отходов требуют постоянной доработки для решения непрерывно растущего числа задач, таких как экология, энергосбережение, повышение рентабельности предприятий. В этой области актуальным становится развитие компактных производств малой и средней мощности по переработке отходов в товарную продукцию.

Металлургические предприятия неразрывно связаны с производством кокса. Основным отходом технологического процесса получения кокса является коксовая пыль. Это ценное топливо с высоким содержанием углерода. При этом, по данным ученых, коксовой пыли на коксохимических предприятиях в среднем образуется более 18 тыс. т. в год, если учитывать, что в России насчитывается 12 коксохимических производств, то эти объемы весьма значительны. .

Данный вид отходов коксового производства образуется практически на всех стадиях, но большее количество пыли выделяется на УСТК при тушении и во время перегрузки на конвейерах. Коксовая пыль требует специальной подготовки для вторичного использования в металлургии. Одним из методов подготовки выступает окуско-вание. С его помощью пыль можно будет добавлять в шихту для коксования или использовать как материал для вспенивания сталеплавильного шлака. Известны три способа окускования пыли:

Агломерация - образование спеканием относительно крупных пористых кусков из мелкой руды или пылевидных материалов. При агломерации легкоплавкая часть материала, затвердевая,

скрепляет между собой твердые частицы.

Грануляция - это процесс переработки материала в куски геометрически правильной, единообразной формы и одинаковой массы, называемые гранулы.

Брикетирование - процесс получения кусков (брикетов) с добавкой и без добавки связующих веществ с последующим прессованием смеси в брикеты нужного размера и формы .

В данной работе окускование пыли реализовано по технологии брикетирования и термобрикетирования.

Стенд, на котором проводились исследования, состоял из штемпельного пресса, формы для прессования, муфельной печи, где брикет проходил термическую обработку.

Задача подбора точного количества связующего компонента, как и давления прессования при брикетировании коксовой пыли, имела в результате исследования первостепенное значение. В качестве связующего использовались фусы каменноугольной смолы, так как они также является отходом коксохимического производства, получается в количествах достаточных для внедрения процесса непосредственно на предприятии.

Брикеты приготовленные с использованием каменноугольных фусов и не прошедших термоподготовку не являются бездымными, поэтому как топливо они подходят только для крупных предприятий, обладающих мощной системой очистки дымоходов. Небольшие предприятия и частные потребители нуждаются в бездымных брикетах, поэтому в дальнейшем требуется добиться бездымности брикетов. С этой целью было использовано термобрикетирование и термообработка брикетов.

Было установлено, что при недостатке связующего брикет утрачивает форму при извлечении из формы для прессования, а при избыточном его количестве брикет может сгореть на стадии его термообработки или термобрикетировании при прокаливании. Так же был осуществлен подбор оптимального давления прессования, которое составило 150 кПа/см2. При этом давлении брикет не терял свою форму при извлечении из формы для прессования (не разрушался).

Подобран температурный режим прокаливания брикета. Это тот режим, при котором обеспечивается выход летучих веществ связующего компонента, но не происходит озоление брикета, он равен 250-300°С, при скорости нагрева 25°С в мин. Выбрано оптимальное соотношение массы коксовой пыли и связующего компонента, оно равно 92:8%. Это подтверждает зависимость про-

Химическая технология

фессора Елишевича А.Т., согласно которой добавление связующего более 10% от массы исследуемого вещества является экономически и технологически не рентабельным .

Брикеты, полученные при термобрикетировании, обладали более лучшими характеристиками, чем брикеты полученные при помощи термообработки. Одно процесс термобрикетирования значительно энергозатратнее чем термообработка, это связано с прогревом пресс-формы и потерями тепла.

В дальнейшем планируется более подробно исследовать эти процессы в сравнении, рассмотреть возможность применения других связующих и исследовать возможность применения этих брикетов для энергетики и коксования.

Актуальность исследований подтверждается неоспоримыми достоинствами применения брикетов из коксовой мелочи и пыли в современном производстве. К ним можно отнести следующие:

1. Учитывая дороговизну кокса, возмож-

ность применения брикетов в металлургической печи (восстановитель металла, энергоноситель)

2. Наличие одинаковой правильной формы и веса, что может повышать КПД топочных устройств;

3. Возможность получения брикетов с высокой прочностью, следовательно, и лучшей транспортабельностью;

4. Экологическая безопасность брикетов (бездымность и малодымность, безотходность при изготовлении и использовании, отсутствие чрезмерно высоких температур при изготовлении);

Таким образом, используя технологию брикетирования отходов коксохимического производства, можно существенно экономить энергетические и сырьевые ресурсы предприятия, значительно снизить загрязнение окружающей среды, а также создавать новые, эффективные рабочие места.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Химическая технология горючих ископаемых / Макаров Г.Н., Харлампович Г.Д., Королев Ю.Г. и др.; Под ред. Макарова Г.Н. и Харламповича Г.Д. - М.: Химия, 1986 - 496 с.

2. Елишевич А.Т. Брикетирование угля со связующим. - М.: Недра, 1972. - 216 с.

3. МирошниченкоА.М. Составление угольных шихт для коксования. - Киев: Техника, 1965 - 248 с.

4. Современное состояние вопроса прогнозирования выхода кокса и основных продуктов коксования / Головко М.Б., Мирошниченко Д.В., Кафтан Ю.С.; - М: «Кокс и химия», 2011. -С. 45-52.

Кравцов Папин

Владимир Павлович, Андрей Владимирович,

аспирант ИУХМ СО РАН, инж. лаб. канд. техн. наук, доц.,