Устройство коксовой батареи для высокотемпературного коксования

Коксовой батареей называется группа коксовых печей, работающих в едином технологическом режиме, с обоими фундамен­том, устройствами для подвода отопительных газов и воздуха, отвода продуктов горения и коксования.

Основными конструктивными элементами коксовой батареи являются камеры коксования, отопительные простенки, реге­нераторы, газораспределительная зона, фундаментные плиты с контрфорсами (подпорными стенками), борова, дымовая труба и обслуживающие (рабочие) площадки.

Коксовая батарея сооружается на железобетонном основании — фундаментной плите. Различают нижнюю плиту, на которой расположены каналы для отвода продуктов горения, борова и верхнюю плиту, где размещается огнеупорная кладка коксовых печей. В некоторых конструкциях коксовых батарей верхняя плита расположена на колоннах, опирающихся на нижнюю плиту, а борова — по бокам верхней плиты. Борова, про­ходящие под батареей, с помощью общего борова соединяются с дымовой трубой.

По длине коксовая батарея ограничена подпорными стенками— контрфорсами, которые выполняются из железобетона и составляют одно целое с фундаментной плитой. Назначение контрфорсов — предохранять от разрушения крайние печи.

В некоторых конструкциях коксовых батарей по длине батареи имеется несколько контрфорсов, объединяющих группы печей в блоки. Это позволяет проводить ремонты отдельных блоков печей без нарушения режима работы всей батареи.

Сторону батареи, вдоль которой движется коксовыталкивающая машина, принято называть машинной стороной, противоположную, на которую выдается кокс, — коксовой стороной. Коксовая батарея: 1 — дымовая труба; 2 — рабочая площадка; 3 — камеры коксования; 4 — контрфорс; 5 — газоотводящнм люк; 6 — загрузочный люк; 7 — свод камеры; 6'— перекрытие печей; 0 — уровень обогрева; 10 — вертикалы; // — газоподводящий канал (корнюр); 12 — регенера­тор; 13 — подовый канал; 14, 16 — борова; 16 — плита; 17 — соединительный канал (ко­сой ход); 18 — отопительный простенок; 19 — под камеры; 20 — общий боров.

Коксовая печь состоит из камеры коксования и отопительной системы. Назначение камеры коксования — осуществление процесса коксования угольной загрузки. В конструкции камеры различаются под — основание камеры — и свод, который является частью перекрытия печей. В перекрытии печей расположены люки для загрузки шихты и отвода летучих продуктов коксования. В каменную кладку этой зоны закладывается металлическая арматура: рамы загрузочных люков и наблюдательные глазки, а также металлические детали армирования (укрепления) кладки.

В современных коксовых печах отечественных конструкций имеется по три загрузочных люка и по два газоотводящих. В печах зарубежных и некоторых отечественных конструкций — три, четыре и пять загрузочных люков. Камера коксования с торцов закрывается дверями; она характеризуется средней шириной, высотой, длиной и полезным объемом. Ширина камеры неодинакова. Она увеличивается в направлении от машинной стороны к коксовой, для облегчения выталкивания коксового пирога из камеры. Разница в ширине камеры между машинной и коксовой сторонами — конусность — составляет для зарубежных конструкций 30—80 мм, в отечественных конструкциях 40—50 мм.

Полезный объем камеры меньше полного объема, так как шихта загружается не на всю высоту с тем, чтобы оставался свободный проход (обычно 300 мм) для парогазовых продуктов коксования угля. Полезная длина камеры коксования меньше полной длины на величину захода футеровки дверей коксовых печей в камеру.

Ширина камеры коксования в основном определяется свойствами коксуемых углей. Длина и высота камеры коксования имеют тенденцию к увеличению. Однако высота камеры ограничена возможностью равномерного прогрева угольной загрузки по высоте и статической прочностью простенка. Длину камеры трудно увеличить из-за возможности смятия коксового пирога выталкивающей штангой и усложнения ее конструкции.

Отопительная система коксовой печи состоит из отопительных простенков, газораспределительной зоны и регенераторов. Назначение отопительной системы — подвод необходимого количества отопительного газа и воздуха в зону горения, передача тепла сгорающего газа коксуемой загрузке и отвод продуктов горения в борова.

Основным требованием к конструкции отопительной системы является обеспечение герметичности зон, соприкасающихся с коксуемой загрузкой, и стен, разделяющих газовые потоки: восходящий (газ и воздух, поступающие на горение) и нисходящий (дымовые газы). Кроме того, конструкция должна обеспечивать минимальное сопротивление проходу через систему газа, воздуха и продуктов горения.

Отопительная система работает в переменном режиме. Через определенные промежутки времени (20—30 мин) направления потоков меняются на противоположные. Это изменение направления потоков называется кантовкой.

Стенка камеры, выкладываемая толщиной в один кирпич, одновременно является стенкой отопительного простенка. Соответственно сторона кирпича, соприкасающаяся с углем в камере, называется рабочей, а сторона, обращенная к пламенному пространству — огневой.

Высота отопительного простенка меньше высоты камеры коксования, причем это зависит от свойств коксуемой шихты. Если отопительный простенок будет иметь одинаковую высоту с камерой коксования, то верхняя часть камеры станет перегреваться, так как при загрузке камеры угольной шихтой она не догружается на 300 мм. Кроме того, в процессе коксования угольная загрузка претерпевает усадку, составляющую 5—15% высоты загрузки. Таким образом, к концу процесса коксования в камере в зависимости от свойств шихты может образоваться пустое пространство, равное 700—1200 мм, в котором будут перегреваться и подвергаться пиролизу продукты коксования. Перегреется также верх коксового пирога. Поэтому камеру коксования выполняют выше отопительного простенка.

Расстояние между перекрытием вертикалов (простенка) и перекрытием камеры называется уровнем обогрева и имеет важное технологическое значение.

Отопительные простенки разделены на отдельные отопительные каналы (вертикалы) перегородками. Различают стеновую и головочную части простенка. Сгорающий в вертикалах газ образует так называемый факел горения, который может быть короче или длиннее в зависимости от интенсивности горения газа. В соответствии с этим при чрезмерно коротком факеле может не догреваться верх угольной загрузки и перегреваться ее нижняя часть.

Для замедления процесса горения применяют рециркуляцию продуктов горения, т. е. часть дымовых газов возвращают в зону горения, что замедляет горение и способствует удлинению факела. Для осуществления рециркуляции в разделительных перегородках устраивают рециркуляционные окна и каналы.

В отопительный простенок газ и воздух поступают из газораспределительной зоны. Назначение этой зоны—распределение поступающих газов и воздуха но длине отопительного простенка в отдельные отопительные каналы. В газораспределительной зоне расположены распределительные каналы богатого (коксового или другого) газа — корнюры (поэтому зона называется корнюрной)—и каналы, по которым в отопительный простенок из регенераторов подводятся бедный (доменный или генераторный) газ и воздух — косые ходы (соединительные каналы). Если коксовые печи конструируются для отопления только бедным газом, корнюры отсутствуют.

Ниже корнюриой зоны расположены регенераторы, в нижней части которых непосредственно на верхней плите находятся подовые каналы. Регенераторы предназначены для использования тепла отходящих из отопительных простенков дымовых газов и для нагревания до максимально возможной температуры отопительного бедного газа и воздуха.

Регенераторы представляют собой относительно узкие камеры, заполненные уложенным в определенном порядке кирпичом специальной формы — насадкой — для создания максимальной поверхности теплообмена. Насадка регенераторов укладывается насухо без раствора.

В современных коксовых печах применяют индивидуальные регенераторы, которые располагаются под каждой камерой коксования и простенком в направлении, перпендикулярном оси батареи, поэтому их называют поперечными. Регенераторы этого типа повышают строительную прочность всего сооружения и дают возможность ремонтировать отдельные печи без остановки всей батареи.

В некоторых конструкциях современных коксовых печей регенераторные камеры разделены по длине перегородками на отдельные секции. Такие регенераторы называют секционными.

Стенки регенераторных камер несут на себе нагрузку верхней части печей и разделяют потоки газа, воздуха и продуктов горения. Стенку регенераторов, разделяющую разноименные потоки, называют опасной, так как разность давлений в регенераторах, работающих на разных потоках, создает опасность перетока газа и воздуха на нисходящий поток, что может вызвать нарушение обогрева печей. Главное требование к конструкции кладки регенераторов и подовых каналов — это плотность (газонепроницаемость) опасных степ. Регенераторные камеры имеют разделительную перегородку между машинной и коксовой стороной.

Назначение подового канала — подвод, отвод и равномерное распределение отопительного бедного газа или воздуха по сечению регенератора. Это осуществляется с помощью колосниковой решетки, которая отделяет регенератор от подового канала. Отверстия колосниковой решетки имеют различные размеры.

Необходимыми элементами коксовой батареи являются рабочие площадки, по которым передвигается обслуживающий персонал, а с коксовой стороны и двересъемная машина.

Под рабочими площадками находятся тоннели, где расположена арматура коксовых печей: газопроводы, кантовочные устройства, газовоздушные клапаны.