Разработка системы автоматического управления дозатора на предприятии ОАО «АЛТАЙ-КОКС»

АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. И.И.ПОЛЗУНОВА

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ДОЗАТОРА НА ПРЕДПРИЯТИИ

ОАО «АЛТАЙ-КОКС»

БАРНАУЛ 2006 г.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность модернизации дозаторов угля на предприятии коксохимической промышленности Кокс используется в различных процессах металлургической, химической, электротехнической промышленностей. Основная часть производимого кокса идет в металлургию. Там используются в основном 2 вида кокса: доменный кокс — предназначен для выплавки чугуна в доменных печах; и литейный кокс — предназначен для плавки чугуна в вагранках. При этом на доменное производство чугуна затрачивается более 80% производимого кокса.

Расход кокса при выплавке чугуна составляет около 50% от всех применяемых сырых материалов. Поэтому улучшение физико-механических свойств кокса существенно повышает технико-экономические показатели доменного производства. Следовательно, повышение эффективности доменного производства не возможно осуществить, не имея высококачественного кокса.

Однако в условиях ограничения ресурсов коксующихся углей решение задачи улучшения качества кокса является серьезной проблемой, в связи, с чем весьма важную роль в получении кокса требуемого качества отводят подготовке смесей углей к коксованию — угольных шихт.

Наиболее перспективное решение проблемы металлургического топлива заключается в создании промышленного способа получения кокса из некоксующихся углей, большие запасы которых имеются в Кузнецком бассейне. Несомненно, что правильно подобранное соотношение таких углей будет оказывать определяющее влияние на качество получаемого кокса.

Для получения доменного кокса в прежние годы привлекались хорошо коксующиеся, малозольные угли одной, двух или трех марок. В настоящее время происходит коксование угольных шихт, в состав которых в определенном соотношении входят различные марки и технологические группы коксующихся углей. Это вызвано необходимостью получения кокса требуемого качества при целесообразном использовании всех ресурсов коксующихся углей. Составляя угольную шихту для коксования, прежде всего, заботятся о получении кокса заданного состава. Кроме того, угольная смесь должна обеспечивать необходимую полноту спекания, а при переходе углей в пластичное состояние — достаточное, но не опасное для кладки печей давление расперания, способствующее образованию хорошей структуры и кусковатости кокса. Наряду с этим, стремятся обеспечить надлежащий уровень выхода летучих веществ. Необходимые качества кокса можно достичь путем подбора углей, входящих в состав угольной шихты, зная их свойства и влияние на качество кокса.

На современный коксохимический завод, выпускающий в год 3 млн. т. кокса, поступает уголь из различных шахт и разрезов Кузнецкого бассейна, имеющего запасы всех видов угля. Но в настоящее время особенностью сырьевой базы коксования является то, что марочный состав угля на детально разведанных и освоенных участках месторождений не соответствует марочному составу угольных шихт, обеспечивающих получение кокса заданных параметров. В силу сложившихся условий доля углей, определяющих спекаемость угольной шихты, снижается. Поэтому обеспечение производства кокса в перспективе невозможно без внедрения дозирующих устройств, позволяющих выполнять дозирование с высокой точностью. При этом аппаратура дозирования должна обладать надежностью, приспособленностью к тяжелым условиям работы в дозировочном отделении, достаточно проста в обслуживании и легко настраиваема.

Поэтому темой моего дипломного проекта является электропривод дозатора шихты на алтайском коксохимическом заводе.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОКСОХИМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

1.1 Технология производства кокса Основные сведения о коксохимическом производстве Структура коксохимического производства Алтайский коксохимический завод по организационной структуре — отдельное коксохимическое производство, но существуют предприятия, которые входят как коксохимическое производство в состав металлургических заводов, например Новокузнецкий коксохимический комбинат. Но в любом случае в составе коксохимического предприятия имеются основные (технологические) цехи, вспомогательные (подразделения) цехи и заводоуправление. Технологические участки и отделения могут существовать как самостоятельные подразделения, так и могут входить в состав цехов. Организационное оформление процессов и оборудования, в котором они проводятся, в цехах, участках и отделениях зависит от сырья, технологической схемы и объемов производства, и может меняться как по объединению технологических и вспомогательных подразделений, так и по разделению однотипных цехов.

К основным цехам на Алтайском коксохимическом заводе относятся:

1). Углеподготовительный цех, где осуществляется прием, хранение и подготовка углей к коксованию. Углеподготовительный цех состоит из отделений: а) углеприема, б). предварительного дробления, в) дозировочного, г) окончательного дробления и смешения шихты перед коксованием.

2). Коксовый цех, служащий для переработки угольной шихты с получением кокса и газообразных химических продуктов (прямой коксовый газ). В состав коксового цеха входят: а) угольные башни для приема и создания технологического запаса угольной шихты, б) коксовые печи с комплектом обслуживающих их машин (коксовыталкиватели, двересъемные машины, загрузочные вагоны, тушильные вагоны с электровозами),

в) газовое хозяйство коксовых печей, г) комплекс агрегатов для мокрого и сухого тушения кокса, д) коксовые сортировки с комплексом агрегатов для классификации кокса и погрузки кокса в вагоны.

3) Цех улавливания химических продуктов коксования (цех улавливания), где происходит охлаждение прямого коксового газа и выделение из него ценных химических продуктов (аммиака, сырого бензола, каменноугольной смолы и др.), которые служат для дальнейшей переработки химических продуктов. Цех улавливания состоит из следующих отделений: а) конденсации, б) машинного с газодуфками для эвакуации газа из газосборников коксовых печей и транспортировки через улавливающие установки до потребителей, в) аммиачного, г) сульфатного, д) бензольного, е) обесфеноливающие установки.

4) Перерабатывающие цехи: цех переработки сырого бензола (цех ректификации), смолоперерабатывающий цех, пекококсовый цех. Продукцию, полученную в цехе улавливания, перерабатывают. Результатом переработки являются чистые бензольные углеводороды, нафталин, пековый кокс, фталевый ангидрид, антрацен и др.

Все цехи состоят из соответствующих отделений и участков.

К вспомогательным цехам относятся следующие цехи: железнодорожный, ремонтный, энергетический, автоматики и электротехники, контрольно-измерительных приборов и др.

Технологическая схема производства Технологическая схема производства во многом зависит от качества исходного сырья. Технологическая схема алтайского коксохимического производства представлена на рис. 1.1

Рис. 1.1 Технологическая схема коксохимического производства Технология производства кокса заключается в нагреве коксующихся углей без доступа воздуха в специальных печах до температуры порядка 1050 °C, с последующим охлаждением кокса до 180 — 200 °C и его сортировкой на классы по крупности.

Технология извлечения и переработки химических продуктов коксования заключается в охлаждении летучих парогазовых продуктов, выходящих из камеры коксования с температурой от 700 — 800 до 30 — 40 °C, конденсации и улавливания из прямого коксового газа ценных компонентов. При коксовании углей для производства металлургического кокса из одной тонны исходной угольной шихты получается 750 — 790 кг кокса, 30 — 40 кг каменноугольной смолы, 9 — 11 кг сырого бензола, 24 — 4,5 кг аммиака, 1,5 — 2 кг сероводорода, до 350 м³ газа.

Кроме черной металлурги кокс используется химической промышленности для производства желтого фосфора и карбида кальция, который является промежуточным продуктом в процессе производства синтетического каучука.

Каменноугольная смола в препарированном виде (обезвоженная) используется для производства изоляционных материалов, толя, рубероида. Основное количество смолы подвергается переработке, которая заключается в нагреве смолы до 400 °C и последующим разделением на фракции (части). Из этих фракций извлекаются содержащиеся в смоле нафталин, антрацен, фенолы, пиридиновые основания. Эти продукты, в свою очередь, являются исходным сырьем для получения пластмасс, синтетических волокон, красителей, лекарственных препаратов, лаков, ядохимикатов.

При переработке смолы получается 60 — 65% остатка — каменноугольного пека. Пек используется для производства токоподводящих устройств электродов и анодов, необходимых в процессах получения качественных сталей и цветных металлов. Основное количество пека снова подвергается коксованию для получения пекового кокса. Характерная особенность пекового кокса — очень малая зольность 0,25 — 0,3%. Пековый кокс используется для изготовления электродов и анодов.

Сырой бензол — сырье для производства чистого бензола, толуола, ксилолов, а также смол для производства лаков и пластмасс.

Подготовка угля к коксованию Твердое топливо, как сырье для химической переработки Угли — это сложный органический материал, сформировавшийся из растительного биологического вещества в результате нахождения вне доступа воздуха миллионы лет. Угли являются невосстанавливаемыми природными ресурсами и залегают под землей от десятков метров до десятков километров. Добыча угля ведется либо открытым способом, если на то позволяют условия залегания угля, либо закрытым способом, сооружая сложные технологические объекты — угольные шахты. Схема образования угля выглядит следующим образом:

(дерево+растительность)торфбурые угликаменные углиантрацит Основой сырьевой базы востока России для коксохимической промышленности является Кузнецкий угольный бассейн, имеющий большие запасы угля всех марок и видов для коксования.

Свойства каменных углей Влажность. Влага — это балласт, ухудшающий качество углей, усложняющий условия транспортировки и переработки углей. Желательно, чтобы влажность углей не превышала 4−5%.

Зольность. Минеральные примеси при сжигании угля образуют золу. Её количество и качество зависит от условий образования органической массы угля, строения угольного пласта, и характеристики пород почвы и кровли пласта. Минеральные примеси тоже балласт. Степень засоренности ими угля называют зольностью.

Сернистость — это степень содержания серы в угле. Чем ниже сернистость, тем качественнее уголь. Сернистость углей Кузнецкого бассейна одна из самых низких в России и составляет 1−2%. Столь невысокое содержание серы в угле удешевляет производство кокса, так как нет необходимости строить цеха сероочистки угля.

Методы термической обработки углей и её этапы Среди каменноугольных углей особое место занимает группа углей, от газовых до отощенных спекающихся, которые обладают свойством при высоком нагреве без доступа воздуха превращаться в кокс. Эта группа, состоящая из каменных углей марок Г, Ж, К и ОС, получила название коксующихся углей. Эти угли обладают свойством при достижении определенной температуры переходить в пластическое состояние в определенном интервале температур. Именно способность угля переходить в пластическое состояние и определяет его спекаемость. Таким образом, под спекаемостью следует понимать свойство каменного угля при нагревании без доступа воздуха переходить в пластическое состояние и при дальнейшем нагревании давать нелетучий пористый остаток — кокс. С понятием «спекаемость» не следует отождествлять понятие «коксуемость». Под коксуемостью понимают способность угля или смеси углей (шихты) давать при коксовании кусковой кокс с определенными химическими и физическими свойствами. Определить коксуемость очень сложно.

Процесс коксообразования

1) Начальная стадия коксообразования протекает при температуре 300−350.

2) Стадии образования пластической угольной массы соответствует интервал от 300−350до 480. Протекание процесса на этой стадии сопровождается обильным выделением паров смолы и газов. На этой стадии происходит взаимодействие жидкой и твердой фаз, что способствует задержанию жидких продуктов в нагреваемой массе угля и спеканию его.

3) Стадия спекания в интервале температур от 480 до 500−550. На этой стадии происходит образование полукокса.

4) Превращение полукокса в кокс протекает при температуре от 550 до 900−950.

5) Заканчивается коксообразование протеканием процессов релаксации (усадки), трещинообразования и упрочнения структуры кокса.

Коксуемая угольная масса представляет собой сыпучий материал, состоящий из отдельных зерен различной крупности — от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Поэтому целесообразно рассмотреть вначале протекание процессов коксообразования на поверхности и в объеме одного зерна, а затем перейти к рассмотрению этих процессов в объеме насыпи. Для каждого угля начало процесса термической деструкции является функцией определенной температуры, что позволяет ожидать протекание данных процессов в тех частях угольного зерна, которые к данному моменту нагреются до необходимой температуры. Очевидно, что при подводе тепла из вне, в первую очередь необходимая температура будет достигнута на поверхности зерна, значит, процессы термической деструкции, и образования пластической массы начинаются на поверхности угольных зерен, распространяясь затем внутрь зерна по мере продвижения туда теплового потока. Таким образом, в начальном периоде процесса спекания в него вовлекаются в основном поверхности зерен угля.

Так как угольная шихта состоит из смеси зерен различных углей, то процессы образования пластической массы начинаются не одновременно во всех зернах. Размягчение первым наступает на поверхности углей марки Г (газовых), затем Ж (жирных), коксовых — К, и отощенных спекающихся ОС. Затвердевание (образование полукокса) так же происходит при различных температурах. Поэтому можно говорить о температурном интервале пластичности, как для каждого сорта углей, так и для смеси углей. Поскольку при стационарном тепловом потоке повышение температуры при коксовании является функцией времени, постольку можно говорить также о существовании угля в пластическом состоянии. Это очень важные характеристики спекаемости углей и их смесей. Зерна отдельных углей в объеме коксуемой массы контактируют между собой участками их поверхности. Поэтому, чем теснее контакт между ними, тем более полным будет взаимодействие отдельных зерен угля, тем полнее и глубже пройдет процесс спекания и более однородным получится твердый остаток — кокс.

Особая роль в процессе спекания принадлежит жидкой фазе пластического состояния углей. Наибольшее количество жидкой фазы при термической деструкции образуют жирные и коксовые угли. Отощенные угли образуют недостаточно жидкой фазы, чтобы вовлечь в процесс спекания смеси зерен этих углей. В последние годы угольные шихты значительно отощились, поэтому необходимо оптимальное измельчение углей.

Уголь — как сырье для коксования Угли определенных марок могут обладать спекающимися свойствами, но при самостоятельном коксовании давать непрочный кокс, поэтому составляются смеси спекающихся углей, способные дать прочный металлургический кокс.

Пригодность углей для коксования определяется по показателям технического анализа, который заключается в определении содержания влаги, минеральных составляющих, выхода летучих веществ. По стандарту угли делятся по видам, в зависимости от величины показателя отражения витринита (составляющая угольного вещества), теплоты сгорания и выхода летучих веществ на бурые, каменные и антрациты. Эти виды, в зависимости от генетического происхождения делятся на классы по среднему показателю отражения витринита; категории, по содержанию фюзенизированных компонентов на чистый уголь и типы. Для каменных углей разделение на типы производится по показателю выхода летучих веществ, на подтипы — по толщине пластического слоя и индексу Рога (показатель коксуемости).

В зависимости от технологических свойств угли объединяют в технологические марки, группы и подгруппы, которые устанавливаются для каждого угольного пласта.

На больших коксохимических заводах угли поставляются с многих шахт, в связи с этим угли, примерно близкие по составу и технологическим свойствам объединяют в шахтогруппы. Это вынужденная мера нежелательна, так как нарушает постоянство свойств угольной шихты.

Принципы составления угольных шихт При самостоятельном коксовании угли марки Г (газовые) — дают мелкий, довольно прочный кокс; угли марки К (коксовые) — дают прочный, хорошо проплавленный кокс; угли марки Ж (жирные) — дают плохой непрочный кокс; угли марки ОС (отощенные спекающиеся) — дают плохой, непрочный, истирающийся кокс. То есть, из всех имеющихся видов коксующихся углей только угли марки К могут давать при самостоятельном коксовании металлургический кокс. Но так как их мало, то коксованию в промышленных печах подвергается смесь коксующихся углей — шихта.

Шихтование углей является специфической особенностью коксохимического производства. Угольные шихты, используемые для коксования, должны удовлетворять следующим требованиям:

1) обеспечивать получение металлургического кокса заданной прочности, гранулометрического состава, зольности, сернистости и с другими регламентными свойствами.

2) Обладать необходимым химическим потенциалом для обеспечения выхода продуктов коксования.

3) Обеспечить нормальное ведение технологического процесса.

Количественными характеристиками угольной шихты являются: компонентный состав по маркам (в массовых процентах), спекаемость, зольность, сернистость, выход летучих веществ, рассчитанные с учетом самостоятельных свойств отдельных компонентов. Для получения прочного кокса необходимо такое сочетание компонентов, при котором бы обеспечивалось её оптимальное спекание и коксование.

Качественные характеристики угольной шихты дает технический анализ: показатели влажности, зольности, помол, плотность насыпной массы, однородность.

Доменный кокс, как основной компонент доменной шихты Расход кокса на 1 тонну выплавляемого чугуна колеблется в пределах 450 — 550 кг. Содержание углерода в коксе 96,5−97,5%, поэтому он горит с большим выделением тепла. Хотя кокс имеет пористую структуру, он обладает хорошей механической прочностью. В связи с указанными особенностями кокс служит:

1) основным топливом для нагрева шихтовых материалов, расплавления руды и флюсов в доменной печи;

2) химическим реагентом для восстановления железа из руды;

3) разрыхлителем сырья, заполняющим доменную печь и создающим условия для необходимой газопроницаемости столба сырых материалов.

Кокс в виде кусков доходит до фурм доменной печи, где происходит его основное горение. Химическое взаимодействие углерода кокса с кислородом дутья в зоне фурм сопровождается выделением большого количества тепла.

Эффективность доменного процесса в значительной степени зависит от качества кокса, его физико-химических и механических свойств.

Технология подготовки углей к коксованию Технологическая схема подготовки углей в углеподготовительном цехе Основные задачи при подготовке углей к коксованию: обеспечить максимально постоянные показатели качества углей; свести к минимуму отклонения показателей качества от средних значений (усреднение углей); хорошо смешать компоненты угольной шихты и поддерживать постоянство ее состава в процессе составления.

В соответствии с этими задачами в углеподготовительном цехе завода проводятся следующие технологические операции:

— прием углей на завод;

— организация их хранения;

— предварительное дробление;

— усреднение углей и угольных шихт;

— составление угольной шихты путем дозирования углей;

— окончательное дробление;

— смешение угольной шихты.

Рассмотрим по отдельности каждый этап подготовки углей.

Прием и разгрузка углей На современный коксохимический завод, выпускающий в год 2,5— 3 млн. т кокса, поступает уголь различных технологических групп из многих шахт. При таких масштабах производства прием угля на современном коксохимическом заводе является весьма ответственной операцией. Она заключается в строгом координировании работы транспортного и углеподготовительного цехов. Разгрузка углей из железнодорожных вагонов осуществляется вагоноопрокидывателями в углеприемные бункера, откуда уголь конвейерами направляется на склады угля.

Склады угля Основное назначение складов угля — создание его запасов, обеспечивающих бесперебойную работу за счет компенсации неравномерности поставок и усреднение углей, направленное на сведение до минимума отклонений показателей качества от средних значений.

Важной характеристикой качества кокса является постоянство его свойств по всем показателям. Уменьшение пределов отклонений показателей качества доменного кокса от средних значений, приводит, при прочих равных условиях, к увеличению производительности доменных печей и снижению его расхода. Отклонение качественных показателей, определяемых при среднесменных пробах, не должно превышать по зольности 0,5%, по влажности 1%, по выходу летучих веществ 0,7%. Отклонение качественных показателей рядовых углей, поступающих на коксование, заметно превышают эти нормы. Чтобы уменьшить этот негатив, проводят следующие операции:

а) с вагоноразгрузочного отделения по конвейеру уголь поступает в определенный бункер склада угля; б) далее происходит послойная укладка; в) в последующем происходит забор по всей высоте укладки. При этом происходит смешивание материала, в результате чего уменьшается отклонение качественных показателей от их средних значений, чем обеспечивается постоянство качества углей.

Усреднение углей необходимо производить на всех стадиях, начиная с добычи, отгрузки потребителям (в погрузочных бункерах) и на коксохимическом заводе при подготовке углей к коксованию.

При усреднении углей в бункерах закрытого типа или в дозировочных бункерах следует учитывать характер движения угля при их заполнении и опорожнении. На рис. 1.2,а показано расположение слоев угля в бункере при его заполнении по оси, а на рис. 1.2,б расположение слоев угля при челночном заполнении непрерывно перемещающейся тележкой. В первом случае при опорожнении бункера уголь движется в разрез уложенным слоям, чем достигается его хорошее усреднение; во втором случае пересечение уложенных слоев происходит только в момент схода вертикального столба угля над выпускным отверстием. Остальная часть угля сходит параллельно уложенным слоям, и его усреднение почти не происходит.

Усреднение угля практически не происходит в случае одновременного заполнения и опорожнения бункера. Эффективность усреднения может характеризоваться коэффициентом усреднения Куср = А/Б, где, А — отклонение показателя качества от среднего значения до усреднения; Б — то же, после усреднения. Эффективность усреднения рядовых необогащенных углей в бункерах невысокая, это априори недостаток данного вида усреднения, усреднение в штабелях при помощи грейферного перегружателя более эффективно, но на алтайском коксохимическом заводе этот метод усреднения не используется. На усреднение в бункерах отрицательно влияет расслоение угля по крупности (сегрегация). При заполнении бункера рядовыми углями сегрегация проявляется в том, что крупные округлые куски угля скатываются к стенкам бункера, а в центре бункера скапливаются тяжелые пластинчатые куски породы, обладающие меньшей способностью скатываться. При разгрузке бункера вначале выходит центральный столб материала, расположенный под выпускным отверстием. Он содержит много мелкого угля и крупные куски породы. Затем выходит более крупный уголь с меньшей зольностью, и только в конце разгрузки — наиболее крупные куски угля, имеющие наименьшую зольность.

Для повышения эффективности усреднения рядовых углей и угольной шихты при одновременной выдаче из нескольких бункеров целесообразно, чтобы половина бункеров, из которых выдается уголь, была заполнена примерно на 50%, а вторая половина — на 100%. По результатам исследований по обеспечению предлагаемых нормативов при усреднении, рекомендуется, чтобы дозирование обогащенных концентратов при составлении угольной шихты проводились одновременно из 9−10 бункеров.

Число бункеров для составления угольной шихты из рядовых углей должно быть не менее 16−17. Число бункеров, в которые производится загрузка углей с одновременной их выдачей, не должно превышать 20% от общего числа дозировочных бункеров.

Рис. 1.2 Перемещения слоев угля при загрузке и опорожнении бункера Технологическая схема подготовки углей к коксованию на АКХЗ На коксохимических предприятиях различают две схемы подготовки углей: схема дробления шихты и схема дробления компонентов, рис. 1.3 а, б.

А Б Рис. 1.3. Схема подготовки углей: а) схема дробления шихты, б) схема дробления компонентов

Схема дробления шихты по сравнению со схемой дробления компонентов имеет следующие преимущества: отделение окончательного дробления расположено после дозировочного, поэтому может работать в две смены, так как не связано с углеприемом. Предварительно дробленые угли меньше зависают в дозировочных бункерах. При окончательном измельчении угольной шихты достигается лучшее перемешивание её компонентов.

Но есть и существенные недостатки у этой схемы: это неоднородность измельчения отдельных марок углей, входящих в состав угольной шихты. Более твердые газовые угли измельчаются недостаточно, а более мягкие угли марок Ж и К измельчаются очень сильно.

По схеме дробления компонентов достигается дифференцированное измельчение отдельных марок углей в зависимости от их спекаемости. Недостатком этой схемы является то, что отделение окончательного измельчения связано с углеприемом и должно работать в три смены, а также иметь большее количество оборудования, чем по схеме дробления шихты. При работе по схеме дробления компонентов необходимо обязательно иметь смесительное отделение с устройствами для смешения шихты.

Исследованиями было установлено, что крупные зерна углей марок Ж и К, переходя при коксовании в пластическое состояние, хорошо спекаются с остальными компонентами шихты. В то же время коксование крупных зерен слабоспекающихся газовых углей и углей марки ОС с пониженной спекаемостью не обеспечивает однородной структуры кокса. Поэтому были рекомендованы схемы раздельного (дифференцированного) измельчения углей с укрупнением помола до 82−84% содержания класса крупности ниже 3 мм (рис. 1.4). Они называются схемами дифференцированного дробления компонентов.

При применении схем дифференцированного дробления компонентов выравнивается вещественный и гранулометрический состав шихты по классам крупности и укрупняется ее помол, повышается производительность коксовых печей на 4−5% и снижается расход электроэнергии в углеподготовительном цехе на 40%.

Рис. 1.4 Схема подготовки углей: а), б) с дифференцированным дроблением компонентов, в) с избирательным измельчением, использующим пневматическую сепарацию (кипящий слой) На алтайском коксохимическом заводе используется комбинированная схема подготовки угля к коксованию показанная на рис. 1.5

Рис. 1.5 Схема подготовки углей для коксования на АКХЗ

После углеприемного отделения угли марки Г и ОС поступают на предварительное дробление, а угли марки Ж и К направляются в шихту без изменений. Из отделения предварительного дробления угли поступают на склад угля. Дозировочное отделение формирует из углей шихту, которая направляется в отделение избирательного дробления. На АКХЗ применяется наиболее эффективный способ избирательного измельчения углей, в котором для выделения мелких фракций применяются отделители с кипящим слоем (рис. 1.5). Преимуществом этого способа избирательного измельчения с пневмомеханической сепарацией является большая производительность, составляющая 250—600 т/ч. При этом повышается надежность работы и устраняется громоздкость, присущая другим схемам избирательного измельчения, в частности схемам с применением электрогрохотов. Применение пневмосепарации с замкнутым циклом обеспечивает хорошее перераспределение угольного вещества и породы по классам крупности.

Применение этого способа при составлении шихты из кузнецких углей на АКХЗ позволило увеличить производительность доменной печи на 2,15% и снизить расход кокса на 1%.

Избирательное дробление заключается в отборе из потока шихты кусков угля крупности больше 3 мм. Это осуществляется в установке пневматической сепарации — отделителе с кипящим слоем. Его принцип работы основан на создании в циклонах установки мощного потока нагретого газа, который куски крупности 0−3 мм направляет сразу на выход установки, а куски крупности более 3 мм направляются в дробилку, а затем вновь проходят через сепаратор.

Для окончательного измельчения углей и угольной шихты применяют молотковые дробилки (рис. 1.6), в которых также происходит частичное смешение компонентов.

электропривод дозатор шихта кокс Рис. 1.6 Молотковая дробилка На рис. 1.6 приведена схема молотковой дробилки конструкции завода «Электросталь». Дробилка имеет массивный вал 1, на который насажены диски 2. Между дисками на сквозных валиках 12 подвешены молотки 11. Ниже входного отверстия по окружности прикреплены дробильные плиты 9 и клапаны-плиты 8. По окружности движущихся молотков расположены колосниковые решетки 4 или сита, закрепленные на массивных стальных рамах 3, которые верхним концом шарнирно подвешены к кожуху дробилки, а нижним опираются на устройство 5 для регулирования положения колосников или сит по отношению к вращающимся молоткам. Дробилка имеет затвор 6 для периодического выпуска посторонних металлических предметов, попадающих с углем в дробилку.

Дробилка работает от реверсивного электродвигателя, соединенного с ней эластичной муфтой. При износе молотков направление вращения может меняться. Кожух дробилки герметичен и имеет люки для доступа к внутренним деталям. Дробилка через раму крепится к массивному железобетонному фундаменту. Поступающий в дробилку через вертикальный желоб 10 уголь ударяется о вращающиеся молотки и измельчается. Дальнейшее измельчение осуществляется на дробильной плите 9 и клапане-плите 8, а доизмельчение на колосниковой решетке или ситах.

Измельченный уголь частично отводится через щели колосниковой решетки или сита в желоб под дробилкой. Основная масса измельченного угля выводится через окно а. Степень измельчения определяется скоростью вращения молотков, их количеством и конструкцией. Более крупный помол может осуществляться отводом холостой ветви колосников 7 от вращающихся молотков и открытием затвора 6 для вывода измельченного в дробилке угля.

После избирательного дробления, прошедшая сепаратор шихта направляется в смесительное отделение, где достигается тщательное перемешивание компонентов угольной шихты при соответствующем ее гранулометрическом составе. Смешение происходит в специально предназначенных для этого машинах и устройствах дезинтеграторного типа. На рис. 1.7 приведена схема смесительной машины дезинтеграторного типа конструкции Гипрококса. Она состоит из вращающейся корзины 1 и стационарной полу-корзины 2. При вращении корзины 1 происходит перемешивание угольных слоев шихты.

1 — корпус; 2 — барабан с лопатками; 3 — подшипники.

Рис. 1.7 Смесительная машина организованного смешения

После смешения уже готовая для коксования шихта поступает в угольные башни, откуда непосредственно забирается для загрузки в коксовые печи.

Дозирование углей при составлении шихты Дозирование углей при составлении угольной шихты является одной из основных и ответственных технологических операций в углеподготовительном цехе. Точность и соблюдение заданных условий дозирования определяют качество угольной шихты и ее постоянство. Дозирование угля осуществляется в дозировочном отделении (рис. 1.8). На современных коксохимических заводах дозировочными бункерами оборудованы склады угля закрытого типа.

Современные дозировочные отделения или склады закрытого типа, одновременно являющиеся и дозировочными отделениями, сооружаются в виде цилиндрических бункеров, расположенных в два ряда. Заполнение бункеров осуществляется конвейерами с барабанными разгрузочными тележками, а выдача угля на сборный ленточный конвейер при составлении шихты — дозировочными питателями. Точность и согласованная работа дозировочных устройств определяют постоянство качественных показателей угольной шихты.

На АКХЗ применяют ленточные автоматические дозаторы представленные на рис. 1.15. Система управления для данных дозаторов была разработана на Украине и рекомендована для применения на коксохимических предприятиях.

Состав угольной шихты устанавливается ежеквартально главным инженером завода с учетом остатков на складе. Заданный состав угольной шихты в процентах и норма выдачи для каждого дозирующего устройства в килограммах отмечаются в специальной таблице дозировочного отделения и проверяются несколько раз в течение смены. Бункера дозировочного отделения периодически полностью очищаются от слежавшегося угля. Для устранения зависания угля применяют автоматически действующее пневмообрушивающее устройство (рис. 1.9).

1, 2 — ленточные конвейеры; 3 — барабанная разгрузочная тележка; 4 — автодозатор; 5 — сборный ленточный конвейер Рис. 1.8 Дозировочное отделение

1 — бункер; 2 — датчик сигнализатор пневмообрушения; 3 — предельный выключатель; 4, 8 — электромагниты; 5 — клапан исполнительного механизме; 6 — магистральный воздухопровод; 7 — отсекающий клапан нижнего яруса; 9 — клапан; 10 — отсекающий клапан верхнего яруса; 11 — импульсная электрическая линия; 12 — реле времени для переключения работы ярусов.

Рис. 1.9 Схема автоматического пневмообрушения Конструкции коксовых печей и коксовых батарей Коксовой батареей называется группа коксовых печей, работающих в едином технологическом режиме, объединенная общим фундаментом, устройствами для подвода отопительных газов и воздуха, отвода продуктов сгорания и коксования.

Основные конструктивные элементы коксовых батарей — это коксовые печи, фундаментные плиты, борова, дымовая труба, обслуживающие (рабочие) площадки. Коксовая батарея (рис 1.10) сооружается на железобетонном основании — фундаментной плите. Различают нижнюю плиту, на которой расположены каналы для отводов продуктов сгорания (борова (14)), и верхнюю, на которой размещается огнеупорная кладка коксовой батареи. Борова печей, общим боровом (20) соединяются с дымовой трубой (1).

Сторону батареи, вдоль которой движется коксовыталкивающая машина принято называть машинной стороной, противоположную, на которую выталкивается кокс — коксовой стороной.

Коксовая печь состоит из камеры коксования и отопительной системы. Огнеупорная кладка коксовой печи по вертикали разделяется на 5 зон, имеющих разное назначение и работающих в разных условиях. В порядке расположения и сооружения батареи коксовых печей эти зоны следующие: подовые каналы и регенераторы, газораспределительная зона, вертикалы, перекрытие вертикалов, перекрытие печей.

В конструкции камеры различают под (основание камеры) и свод, который является частью перекрытия печей, где расположены люки для загрузки шихты и отвода летучих продуктов коксования. Полезный объём камеры меньше общего объема, так как при загрузке шихта загружается не на всю высоту, для того чтобы имелся свободный проход газообразным продуктам. Полезная длина камеры коксования меньше полной на величину захода футеровки дверей коксовой печи в камеру.

1- труба; 2- коксовозная площадка; 3- коксовые печи; 4, 7, — анкераж; 5- загрузочные люки; 6- газоотводящие люки; 8, 9- свод печей; 10, 12- газовые каналы; 11, 13, 16, 17,18- огнеупорная кладка; 14- борова; 15- фундамент; 20- главный боров.

Рис. 1.10 Устройство коксовой батареи Технологическое оборудование коксовых батарей Анкераж печей — это арматура крепления кладки. Для сохранности кладки коксовых печей и поддержания её в рабочем состоянии применяют специальное оборудование, называемое анкеражем.

Арматура герметизации коксовых печей — обеспечивает герметичность коксовых печей и предотвращает выброс газа в атмосферу. К арматуре герметизации относятся загрузочные люки камер, смотровые лючки, наблюдательные глазки, двери коксовых печей. Необходимая герметичность создается плотным прилеганием чистых металлических поверхностей друг к другу, без какой-либо прокладки. Двери коксовых печей служат для герметичного закрывания камеры коксования с торцовых сторон её — машинной и коксовой.

Газоподводящая аппаратура служит для подвода и распределения богатого и бедного отопительного газа в отопительные простенки коксовых печей. Магистральные газопроводы богатого и бедного отопительных газов подводятся к коксовой батарее обычно в месте расположения кабины пульта управления обогревом батарей, в которых сосредоточено управление всеми отсекающими задвижками, кантовочный механизм, производящий изменение направления газовых потоков в отопительной системе коксовых печей, указывающие и регистрирующие приборы.

Арматура для отвода парогазовых продуктов коксования из печи.

Транспорт прямого и обратного коксового газа.

Машины и основные механизмы коксовых печей Виды коксовых машин и их взаимное расположение Назначение коксовых машин состоит в обеспечении операций по загрузке камер коксования шихтой, выдача коксового пирога из печей, приемки выданного кокса и транспортирование его в «тушильное» (охлаждающее) устройство. Машины коксовых печей должны также выполнять наиболее трудоемкие операции по очистке технологического оборудования, уборке верха коксовых батарей и обслуживающих площадок. Основное требование к машинам — длительная бесперебойная работа в условиях высоких температур, открытого пламени, интенсивного пылеи газовыделения, максимальная степень механизации и автоматизации выполняемых операций. Обычно эти машины работают на переменном токе напряжением 380 В.

Взаимное расположение машин по отношению друг к другу и коксовой батарее современной конструкции показано на рис. 1.11.

1 — коксовыталкиватель; 2 — прямой газопровод; 3 — перекидной газопровод; 4- затворы бункеров угольной башни; 5 — углезагрузочный вагон; 6 — двересъемная машина с коксонаправляющей; 7 — коксотушильный (коксовозный) вагон; 8 — коксовая батарея Рис. 1.11 Расположение коксовых машин на батарее коксовых печей Машинами коксовых печей являются: углезагрузочный вагон (загрузочный вагон); коксовыталкиватель; двересъемная машина с коксонаправляющей, тушильный или коксовозный вагон с электровозом.

В комплекте машин коксового цеха обычно по одному коксовыталкивателю, загрузочному вагону и двересъемной машине на одну коксовую батарею. Электровоз с тушильным или коксовозным вагоном один обслуживает две батареи.

При одно-двухбатарейной или четырехбатарейной компоновках обязательно имеются машины всех назначений. По технологическому назначению машины коксовых печей различаются как специальные (применение термоподготовленной или трамбованной угольной шихты) и типовые, которые разделяют в зависимости от уровня механизации технологических операций и энергоемкости приводных механизмов.

Углезагрузочный вагон предназначен для выполнения комплекса операций связанных с приемом угольной шихты из угольной башни, перевозкой ее по верху батареи и загрузкой в камеру коксования. Он выполняет также ряд вспомогательных операций: съем и постановку крышек загрузочных люков, очистку горловин и стояков коксовых печей от графита, включение парои гидроинжекции в стояки печей, для обеспечения бездымной загрузки шихты.

Коксовыталкеватели. Назначение его состоит в обеспечении комплекса операций по выдаче кокса из камеры коксования и загрузка в нее угольной шихты. Коксовыталкиватель снимает дверь коксовой камеры перед выдачей кокса и устанавливает её после выдачи. В промежутке между этими операциями специальным устройством дверь и рама коксовой камеры должны быть очищены от отложений смолы и графита, образующихся в процессе коксования. В период загрузки печи коксовыталкиватель специальным планирным устройством разравнивает шихту в камере коксования для создания свободного прохода парогазовых продуктов к газоотводящим люкам.

Двересъемная машина предназначена для обслуживания печей с коксовой стороны. Машина состоит из двух основных частей: ведущей двересъемной и коксонапраляющей, которая обычно транспортируется ведущей частью.

Коксонаправляюшая часть служит для направления коксового пирога через рабочую площадку в тушильный или коксовозный вагоны.

Коксотушильный вагон. Предназначен для приема кокса выдаваемого из печи, транспортировки его в тушильную башню и после тушения водой, на коксовую рампу.

Оборудование установок мокрого тушения кокса предназначено для охлаждения кокса.

Коксовая рампа — предназначена для приема и выдерживания охлажденного мокрым способом кокса.

1.2 Дозаторы угля, используемые в коксохимической промышленности Понятие «дозатор» и «непрерывное дозирование»

Дозирование, как технологическая операция, известна с древних времен. Уже в древнем Египте при изготовлении бальзамирующих составов производилось отмеривание нужных порций — доз отдельных компонентов. Сам корень слова «доза», широко распространен в ряде языков, происходит от греческого слова «dosis», что означает порция, прием.

Современное значение слова «доза» несколько шире:

1) определенное количество чего-нибудь;

2) точная мера вещества, входящего в состав смеси.

Из всего вышесказанного можно составить понятие, что же представляет из себя дозатор:

Дозатор — это устройство для автоматического отмеривания или отвешивания сыпучих, жидких, газообразных веществ.

Дозирование бывает непрерывным и прерывистым, в данной работе рассматривается непрерывно-поточное дозирование.

Непрерывно-поточное дозирование состоит в выдаче нужного материала непрерывным потоком с обеспечением нормативной точности интеграла расхода за данные промежутки времени.

Непрерывное дозирование характеризуется тем, что при постоянной длительности промежутков времени должно обеспечиваться постоянство количеств материала в отдельных порциях или, точнее, отклонения количеств материала не должны превышать некоторого нормативного допуска.

На дозаторы шихты в коксохимическом производстве накладываются жесткие требования по обеспечению точности дозирования. Погрешность не должна превышать от верхнего показателя шкалы прибора. При этом среднеквадратичное отклонение не должно превышать, то есть для дозатора 80 тонн/час — только 800 кг/ч. Время выхода дозатора на заданную производительность, тоже не должно превышать 15 мин. Работа каждого дозатора регистрируется на диаграмме. Допустимые отклонения от заданного состава компонентов шихты устанавливается для каждого завода, в зависимости от типа дозирующих устройств, доли компонента в шихте, его влажности и крупности. Но в общем случае, для компонентов, доля которых превышает 10%, это отклонение не должно быть более 1%, доля компонентов, которых равна 10% и ниже — 2%. Это объясняется тем, что относительная работы дозатора любой конструкции тем выше, чем больше его производительность. Погрешность особенно повышается при выдаче малых количеств крупного угля. Точность работы любого автодозатора периодически контролируется путем определения массы угля, выдаваемого на железный поддон, который подкладывается на сборный конвейер.

Типы дозаторов, используемые в коксохимической промышленности Многообразие типов дозаторов в коксохимической промышленности объясняется постоянным совершенствованием технологического процесса дозирования, адаптацией к более жестким условиям точности, надежности, простоты настройки. Развитие дозаторов шло от наиболее простых, не имеющих электронной системы управления, к современным, отвечающим жестким требованиям составления шихты для коксования.

Все типы устройств для непрерывного дозирования материалов разделяются на объемные и весовые.

Объемные дозаторы непрерывного действия В качестве объемных дозаторов используются питатели ленточные, тарельчатые, электровибрационные. Путем выверки их производительности и обеспечения постоянства подачи материала введением в конструкцию питателей специальных регулирующих устройств, позволяющих изменять, например, скорость вращения рабочих органов, такой питатель может быть использован как объемный дозатор материала.

Необходимо отметить, что точность дозирования объемных механических дозаторов не может быть достаточно высокой по причине изменения объемной массы материала, вызванной непостоянством в заполнении емкостей материалом. Кроме того, есть неточности момента включения или выключения питателя, колебания числа оборотов электродвигателя, а, следовательно, и изменения скорости движения рабочих органов питателя. Все это обусловливает значительные погрешности в подаче материала.

Поэтому при объемном дозировании для сохранения идентичности результатов необходимо при настройке питателей тщательно проверить вес дозы на весах. В процессе дозирования следует периодически контролировать вес отдельных проб и в случае отклонения их от заданного веса немедленно производить соответствующую регулировку питателя.

Дозаторы с регулировкой количества материала на ленте весового транспортера работают на постоянных скоростях движения ленты. Изменение этой скорости производится лишь при настройке дозатора на заданную производительность, когда требуемая скорость ленты устанавливается с помощью соответствующих устройств (сменных шестерен, коробки скоростей, вариатора и т. п.).

Рассмотрим тарельчатые питатели, часто применяемые для составления шихты на коксохимических предприятиях.

Тарельчатые питатели Объемные дозаторы непрерывного действия тарельчатого типа (рис. 1.12) позволяет довольно тщательно регулировать их производительность. Это достигается изменением: 1) числа оборотов диска (тарелки) дозатора; 2) высоты кольцевой щели между манжетой и диском; 3) положения ножа, что, в свою очередь, уменьшает или увеличивает количество снимаемого ножом продукта.

Выпускное отверстие бункера над тарельчатым питателем может быть по своим размерам значительно больше, чем над объемными дозаторами других типов. Это способствует более равномерному вытеканию материала, предупреждая образование сводов.

При дозировании малых количеств материала большое значение имеет скорость вращения диска тарельчатого дозатора. При большой скорости приходится значительно опускать телескоп и таким образом выпускная щель уменьшается. Это приводит к забивке ее материалом и нарушает нормальную работу дозатора.

Лучшие результаты дают тарельчатые дозаторы диаметром 600—1300 мм с соответственно малым числом оборотов, порядка 0,2—1,0 об/мин. Таким образом, при небольшом числе оборотов диска дозатора, небольшое количество угля можно было дозировать с достаточной точностью. В таких условиях дозатор тарельчатого типа выдерживает заданную производительность более точно, чем дозаторы барабанного или ленточного типа. При равной площади выходного сечения бункера тарельчатый дозатор дает меньшую ширину потока выходящего материала, чем ленточный, это обеспечивает возможность более плавного регулирования производительности. Кроме того, тарельчатый объемный дозатор проще, легче, дешевле ленточного дозатора. Все эти достоинства определили использование тарельчатого дозатора на машинах загрузки шихты в коксовые печи, где не требуется особо высокая производительность, но требуется высокая точность дозирования.

Точность работы дозатора во многом зависит от исправного состояния его деталей и узлов. При неисправных телескопе и ноже, когда они могут менять свое положение, происходят изменения в количестве материала, подаваемого дозатором. Изменение оборотов диска также влияет на точность.

Производительность тарельчатого питателя зависит от объема расположенного на диске материала, регулируемого подъемом манжеты питателя, от высоты и положения ножа на диске и от числа оборотов последнего. Необходимо заметить, что число оборотов диска можно увеличивать только до определенной величины, выше которой, вследствие влияния центробежной силы, материал будет разбрасываться в стороны. Таким образом, тарельчатые дозаторы находят применение при небольшой производительности до 20 тонн/ч.

Производительность тарельчатого дозатора Q определяется по формуле (1.1):

(1.1)

где mV — объемная масса материала, кг/м3; п — число оборотов диска, об/мин;

H — высота подъема телескопа, м; R — расстояние центра тяжести треугольника ЛВС до оси вращения, м; f — угол между образующей усеченного конуса и дном.

Подача угля с тарельчатого (рис. 1.12) стола (2) на конвейер регулируется изменением положения цилиндрического телескопа (3) у выходного отверстия из бункера (1) и ножа (4).

1- бункер; 2- стол; 3- цилиндрический телескоп; 4- нож.

Рис. 1.12. Тарельчатый дозировочный питатель В движение стол питателя чаще всего приводится асинхронным короткозамкнутым двигателем, скорость которого не регулируется, либо асинхронным двигателем с фазным ротором, позволяющим получать несколько скоростей, путем изменения сопротивлений в цепи ротора. Нож имеет привод от электромагнита, либо устанавливается на нужный угол вручную, в процессе работы угол направления ножа не меняется.

Положительные качества данного дозатора заключаются в его простоте, надежности, компактности.

Недостатки — при большом объеме дозирования точность его невысока.

Ленточные питатели с механической регулировкой подачи угля В коксохимической промышленности также используют ленточные дозаторы (рис. 1.13), где предварительное регулирование выдачи угля производится шибером (2), а более точная дозировка осуществляется секторным затвором (3).

1 — бункер; 2 — регулировочный шибер; 3 — секторный затвор; 4 — приводной барабан.

Рис. 1.13 Ленточные питатели с механической регулировкой подачи угля Устройство ленточного дозатора для непрерывного объемного дозирования показано на рис. 1.13. Приводной барабан 4 является ведущим и получает движение от электродвигателя редуктор. Над лентой на стойке установлен бункер 1, не имеющий дна. Подлежащий дозированию материал вытягивается движущейся из-под бункера лентой через выпускное отверстие и у концевого барабана сбрасывается в приемную воронку.

Площадь выпускного отверстия, а, следовательно, и количество выдаваемого материала, регулируется заслонкой — регулировочным шибером (2), которая поднимается вверх на требуемую высоту и в этом положении закрепляется. Более точная регулировка осуществляется секторным затвором (3). В ленточных дозаторах материал в первую очередь сходит только по задней стенке бункера, что способствует зависанию и слеживанию материала даже при широком выходном сечении.

Производительность дозатора регулируется изменением высоты слоя материала на ленте и скоростью транспортера. Она может быть определена по формуле (1.2):