CC BY
79
Химическая технология
99
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 66.028; 662-742
Ю.О. Афанасьев, А.Р. Богомолов, B.C. Медяник, B.C. Корнев
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫГРУЗКИ ПОЛУКОКСА
Для получения полукокса высокой механической прочности и низкой влажности предложена конструкция устройства выгрузки и охлаждения (сухого тушения) полукокса из камеры полукоксования шахтного типа. Устройство просто в изготовлении и эксплуатации и позволяет полностью автоматизировать процесс выгрузки продукта из печи непрерывного полукоксования.
На ООО «Завод полукоксования» в городе Ленинск-Кузнецкий установлены печи непрерывного полукоксования шахтного типа, в которых тушение полукокса производится на выходе из конуса печи с помощью гидрозатвора с уров-
Устройство выгрузки полукокса из камеры полукоксования, содержит корпус /, пря-
моугольный поршень 2 с углом наклона передней стенки |3 в 20°. Шахта 3, соединяющая нижнюю полость корпуса с бункером 4, имеет угол наклона а = 20° равный углу наклона передней стенки поршня и оснащена коллектором 5 для подвода насыщенного водяного пара.
Бункер содержит коллекторы 6 для охлаждения кокса до состояния выгрузки. Герметичность устройства при движении поршня обеспечивается сальником 7.
Полукокс из камеры полукоксования поступа-
ГІО. IV кокс
h
а
Рис. 1.
нем воды 200 мм. В результате «мокрого тушения» влажность полученного продукта составляет 10-20%. Для того чтобы поставлять потребителю полукокс для электродного производства, необходимо поддерживать влажность продукта не более 6%, что делает необходимым модернизацию существующих печей на «сухое тушение», т.е. замену гидрозатворов на газонепроницаемые затворы с охлаждением полукокса, в частности, насыщенным водяным паром.
Для модернизации печей было проведено экспериментальное исследование процесса сухого тушения на уменьшенной экспериментальной модели печи полукоксования, предварительно построенной на заводе. Экспериментальная модель печи шахтного типа, производительностью 247 кг/ч, имеет высоту 5 м и квадратное поперечное сечение со стороной 0,96 м. В качестве газонепроницаемого затвора с последующим охлаждением полукокса было применено устройство, схема которого приведена на рис. 1.
Схема устройства выгрузки полукокса
ет в корпус 1 на переднюю стенку поршня 2, совершающего возвратно-поступательное движение. Частота движения поршня задается в зависимости от времени процесса в камере непрерывного полукоксования угля. Поршень выталкивает полукокс в наклонную шахту 3, где происходит его промежуточное охлаждение насыщенным паром. Угол наклона шахты и ее длина принимаются из условия создания такого слоя полукокса, гидродинамическое сопротивление которого, выраженное через перепад давлений на входе и выходе из шахты, превышало давление в камере полукоксования на Ар = 50-100 Па. Таким образом, создается газонепроницаемый затвор для того, чтобы предотвратить выброс газа из камеры непрерывного полукоксования при разгрузке из бункера 4 охлажденного полукокса.
Коэффициент сопротивления слоя из любых кусковых тел неправильной формы, а также для связанных пористых сред из тел неправильной формы определяется по уравнению [1]
100 Ю.О. Афанасьев, А.Р. Богомолов, B.C. Медяник, B.C. Корнев
2 Ap
Pcpwcp
= k^-J- + A$t
где Ар - перепад давлений на входе и выходе пористого слоя, Па; wcp - средняя скорость газа в пористом слое определяется с учетом охлаждения пористого слоя wcp = w^p/ Твх : w - скорость газа на входе в пористый слой, м/с; рср -плотность газа при средней температуре пористого слоя, кг/м3 ; k- коэффициент проницаемости; Я'
- коэффициент сопротивления слоя толщиной в один диаметр куска полукокса; 1о - толщина слоя,
м; dk - средний диаметр куска полукокса, м; AQ
- температурный коэффициент, учитывающий замедление потока газа вследствие увеличения его плотности при охлаждении пористого слоя
А^=2(Твых-Твх)/Тср По данным [2] коэффициент сопротивления слоя толщиной в один диаметр куска определяется как функция критерия Рейнольдса
15
Re
+ 1,
где
8 пористость (доля свободного объема) слоя; V =
_4 2
0,5-10 м/с - кинематический коэффициент вязкости газа при средней температуре Тср = 573 К.
Пористость слоя полукокса фракцией 30-50 мм, согласно данным [2] составляет 8' = 0,477, а коэффициент проницаемости к = 30 м2. Определение средней скорости газа в пористом слое при нестационарном процессе выгрузки полукокса из бункера является сложной задачей, поскольку скорость движения газа изменяется от максимального значения, в начальный момент выгрузки до минимальной скорости фильтрования газа через пористую среду в конце выгрузки. Подача насыщенного водяного пара в наклонную шахту в про-
цессе выгрузки, также осложняет расчет высоты пористого слоя. Поэтому аналитическое определение коэффициента сопротивления пористого слоя С, , который здесь является переменной величиной, становится практически невозможным.
Экспериментальное определение высоты пористого слоя, при котором выгрузка полукокса из бункера не сопровождалась выбросами газа полукоксования, производилась на модели печи. Поскольку печь работает под избыточным давлением (~ 1,5 кПа), то подсосы воздуха в печь исключаются.
При проектировании устройства выгрузки следует учитывать, что на куски полукокса при выгрузке действуют две силы. Снизу действует сила поршня толкающего полукокс в наклонную шахту, преодолевающего насыпной вес высоты слоя и силу трения кусков полукокса о стенки шахты, а сверху действует сила тяжести слоя полукокса высотой И. Высокая скорость движения поршня может привести к разрушению крупных кусков, поэтому она не должна превышать 0,1 м/с, что должно учитываться при расчете поперечного сечения поршня и наклонной шахты. Чрезмерная высота наклонной шахты устройства выгрузки может привести к разрушению нижних кусков полукокса под действием силы тяжести слоя. Например, давление вертикального столба полукокса высотой И =1 м насыпной плотностью 500-600 кг/м3 составляет 5,9 кН/м2.
Эксперименты показали, что при высоте слоя полукокса 1 м, при угле наклона шахты а = 20° выбросы газа незначительны, а качество полукокса соответствует требованиям потребителя.
Мягкое охлаждение полукокса насыщенным водяным паром в наклонной шахте и бункере позволит получить полукокс заданной влажности и механической прочности. Устройство просто в изготовлении и эксплуатации и позволяет полностью автоматизировать процесс выгрузки продукта из печи непрерывного полукоксования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Идельчик, И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик. -М.: Машиностроение, 1975. -559 с.
2. Ишкин, Н. П. Гидравлическое сопротивление пористых сред / Н.П. Ишкин, М.Г. Ка-данер // Кислород, 1952. - № 3. - С. 25-36.
□ Авторы статьи:
Афанасьев Юрий Олегович
- канд. техн. наук, доц. каф. процессов, машин и аппаратов химических производств КузГТУ, avuo.pmahp@kuzstu.ru
Богомолов Александр Романович
- докт. техн. наук, с.н.с. ИТ СО РАН, проф. каф. процессов, машин и аппаратов химических производств КузГТУ, barom@kuzstu.ru
Медяник Валентина Сергеевна
- канд. техн. наук, генеральный директор ООО «Завод полукоксования», г. Ленинск-Кузнецкий
Корнев Валерий Семенович
- механик ООО «Завод полукоксования», г. Ленинск-Кузнецкий
