Исследование распределяющего устройства для камеры установки сухого тушения кокса на физической модели

Исследование распределяющего  устройства для камеры установки  сухого тушения кокса 
на физической модели 
 
Научный руководитель: к.т.н., доцент Збыковский Евгений Иванович

РЕЗЮМЕ

БИОГРАФИЯ

БИБЛИОТЕКА

СПИСОК ССЫЛОК

ОТЧЕТ О ПОИСКЕ

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Практическая ценность работы и обзор исследований по теме

Конструкция камеры УСТК, которая предложена кафедрой ХТТ ДонНТУ

Исследования влияния ввода и отвода охлаждающего газа на распределение скоростей в модели камеры СТК конструкции кафедры ХТТ

Выводы

Список литературы

Введение

Сухое тушение кокса  является эффективной энергосберегающей  и природоохранной технологией, поскольку значительно повышает энергетическую эффективность коксового производства с одновременным существенным улучшением качества кокса и снижением вредных выбросов по сравнению с мокрым тушением [1]. Установки сухого тушения кокса (УСТК) конструкции Гипрококса, получили подавляющее распространение в мире. Однако повсеместному внедрению УСТК Гипрококса препятствует ряд существенных недостатков: значительные капитальные расходы, потери кокса («чад») в результате взаимодействия с окислительными компонентами циркулирующего газа, большая затрата электроэнергии на циркуляцию газов, загрязнения атмосферы излишком циркулирующего газа и пылью и др. В значительной степени указанные недостатки обусловлены низкой интенсивностью теплообмена между коксом и газами в промышленных камерах [2-3]. Основной причиной снижения интенсивности теплообмена в промышленных камерах сухого гашения является неравномерность распределения потоков кокса и газа в поперечном сечении.

Практическая  ценность работы и обзор исследований по теме

Практическая ценность работы состоит в разработке конструкции камеры сухого тушения кокса, отличающейся меньшими размерами и увеличенной скоростью охлаждающего газа.

Среди магистров ДонНТУ исследованием  по теме занимается Голубев А. В. Особую ценность имеет размещенная им статья на портале магистров «Анализ экспериментальных данных по теплообмену в УСТК», в которой автор представляет анализ предложенных разными авторами зависимостей для расчета коэффициентов теплообмена между коксом и газами. Левицкая Е. А. предлагает краткий обзор по теме в разделе «индивидуальное задание», Ульяницкий И. С., Яценко Ю. А, Рудыка В. И. и др. в статьях «об охране окружающей среды» кратко рассматривают использование УСТК для снижения выбросов на коксохимических предприятиях.

Наиболее близкими работами по теме являются работы к.т.н. кафедры ХТТ Збыковского Е. И, аспиранта каф. ХТТ Голубева А. В., к.т.н. каф. ХТТ Гребенюка А. Ф. А именно, статьи из УглеХимического журнала («Задачи и пути совершенствования техники сухого тушения кокса», «Разработка устройства для распределения потоков кокса и газа в камере сухого тушения кокса»), патенты: «Разработка устройства для распределения потоков кокса и газа в камере сухого тушения кокса» (Углехимический журнал № 5 – 6, 2009 г.), «Камера сухого гасіння коксу» (Патент України на корисну модель № 47484) и др.

В Украине разработками относительно проектирования камер сухого тушения  занимается Гипрококс и Укрэнергочермет. На данный момент в Украине действуют  УСТК на ОАО «Авдеевский КХЗ» и  на ОАО «Алчевсккокс», сконструированные Гипрококсом.

Лидирующее место в мире по разработкам  в области сухого тушения являются следующие фирмы: «Ниппон стил», «Исикавадзима Харима дзюкоге До» (Япония); «Вагнер-Биро» (Австрия); «Зульцер» (Швейцария); «Kress corp» (США); «Шварце-Пумпе» (Германия) [4].

Конструкция камеры УСТК, которая предложена кафедрой ХТТ ДонНТУ

Сухое тушение кокса  является эффективной энергосберегающей  технологией, которая обеспечивает утилизацию до 35 % тепла, которое тратится на коксование угля и что улучшает экологическую обстановку на коксохимических предприятиях. Однако широкому применению этого процесса препятствует громоздкость установок сухого тушения кокса и большая затрата электроэнергии на циркуляцию инертных газов.

В значительной степени указанные недостатки обусловлены низкой интенсивностью теплообмена между коксом и газами в промышленных камерах. По практическим данным время пребывания кокса в промышленных камерах Гипрококса составляет 2 – 2,2 часы, тогда как время охлаждения его от 1000 до 200 – 220°C, рассчитанное по значениям коэффициентов теплообмена в экспериментальных условиях, не превышает 1,0 – 1,5 [5].

Разработана соответствующая этим требованиям конструкция. Камера сухого тушения кокса (рис.1) имеет корпус 1, разделенный на форкамеру 2 и собственно камеру 3 тушения, размещенный внизу камеры гашения делитель потока кокса, выполненный в виде Λ-образных балок 4, установленных параллельно с шагом, равным ширине основы балки (700 – 900 мм) друг от друга, при этом нижележащие балки ряда смещены на шаг относительно балок верхнего ряда и обеспечены устройствами для перекрывания промежутков между ними, выполненными, например, в виде барабанных секторных дозаторов 5. Внутренняя поверхность Λ-образных балок 4 образует распределительные каналы 6, соединенные отверстиями 7 в корпусе 1 с периферийными распределительными каналами 8 для подведения охлаждающего газа.

С камерой 3 тушения хода 9 для отведения  охлаждающего газа связаны каналами 10, образованными внутренней поверхностью Λ-образных балок 11, размещенных взаимопаралельно в горизонтальной плоскости, которая разделяет форкамеру и камеру тушения, с промежутками между ними 1000– 1200 мм друг от друга.

Каналы 10 соединены ходами 9 в корпусе с периферийными сборными каналами 12 для отведения охлаждающего газа. Камера сухого тушения кокса имеет загрузочное и разгрузочное устройства 13 и 14 соответственно.

Вместо секторных питателей  для периодической выгрузки кокса можно использовать шибера или другие конструкции дозаторов сыпучих материалов. Для конструирования балок нижнего распределительного устройства могут применяться разные марки углеродной нелигированной стали, поскольку при температуре до 300°C обычная углеродная сталь сохраняет высокие прочностные свойства.

Рисунок 1– Камера сухого тушения кокса

Исследования  влияния ввода и отвода охлаждающего газа на распределение скоростей в модели камеры СТК конструкции кафедры ХТТ

Методика эксперимента заключалась в следующем. На распределительные  решетки с промежутками по 70 мм укладывались 6 пластин. Пластины, которые примыкают  к боковым стенкам камеры, имели ширину 35 мм, другие – 70 мм. Таким образом моделировались условия ввода охлаждающего газа при применении распределительных балок. Дальше в камеру засыпался кокс. В слое кокса в сечении, для которого определялось распределение скоростей, по длине камеры устанавливались 3 устройства для измерения давления. Количество точек, в которых одновременно замерялась скорость, определялось необходимостью отсутствия влияния приемопередатчиков давления на структуру потока. После достижения высоты засыпки кокса 500 мм поверхность кокса разравнивалась и на нее равномерно укладывались 3 пластины шириной по 75 мм для моделирования условий отведения охлаждающего газа из камеры. Верхние пластины размещались так, чтобы они не примыкали к боковым стенкам установки, то есть между пластинами и боковыми стенками находились промежутки, которые имитировали газоотводящие балки.

После проведения эксперимента кокс выгружался из камеры и устройства для измерения давления устанавливались  заново: в других точках или в  тех же для проверки воспроизводимости результатов предыдущего опыта.

Для исключения влияния  пристеночной порозности на распределение  скоростей по сечению аппарата необходимо выполнение соотношения [6, С. 120]:

где D – диаметр аппарата; d – диаметр частицы.

Для нашего случая как  диаметр аппарата необходимо принять  наименьший горизонтальный размер установки– ширину, равную 150 мм. Формально как  диаметр части может быть принят эквивалентный диаметр фракции («коксового орешка»). Этот размер несколько превышает минимально допустимый, определяемый отношением (1). Поэтому из загружаемого материала выбирались все большие куски, обеспечивая тем самым соблюдение соотношения (1). Наличие влияния пристеночной порозности контролировалась по распределению скоростей на выходе из слоя кокса.

Результаты обрабатывались в соответствии с требованиями теории подобия в виде зависимости безразмерной скорости от безразмерной координаты Х [7]:

где w_i – скорость газа в экспериментальной точке; w_max – максимальная скорость газа в этом сечении; x_i – расстояние от края установки до экспериментальной точки; L – длина установки.

Эпюра скоростей в  каждом сечении строилась по измерениям в не меньше чем 3-х точках [8]. Для  отдельных сечений измерения скоростей осуществлялись в 6-ти точках. Все в ходе эксперимента было построено 8 эпюр для разных сечений.

На основании эпюр скоростей было определено расположение и размеры застойных по отношению  к циркулирующему газу зон в УСТК предлагаемой конструкции (рис. 2).

Рисунок 2– Расположение застойных зон в УСТК предлагаемой конструкции. 
1– зона, которая плохо продувается охлаждающим газом (θ ≤ 0,5); 
2– зона со сниженной скоростью охлаждающего газа (0,5 ≤ θ ≤ 0,8); 
3– зона, которая хорошо продувается (θ > 0,8).

Суммарный объем плохо  продуваемых зон составляет 8,6 % от общего объема камеры тушения, суммарный  объем зон со сниженной скоростью  охлаждающего газа 6,0 %, что значительно лучше, чем в эксплуатируемых промышленных установках [3]. На рисунке (3) представлена скорость движения охлаждающего газа в камере УСТК предлагаемой конструкции. Конечно, эти данные, которые основываются на результатах опытов с холодной моделью, носят лишь ориентировочный характер. Однако они показывают эффективность предложенной конструкции и необходимость дальнейших исследований. Полученные результаты являются достаточной основой для сооружения опытно-промышленной установки.

Выводы

В связи с дефицитом  энергетических ресурсов в Украине  развитие и освоение техники сухого тушения кокса приобретает особое значение и актуальность. Широкое  внедрение этого процесса в коксохимическом  производстве позволит сократить затраты  природного газа и других источников энергии в металлургической отрасли, существенно улучшить экологическую обстановку в промышленных центрах и условия труда на коксохимических предприятиях, уменьшить потери от коррозии оборудования, значительно повысить качество кокса [9]. Однако эксплуатируемые на ряду коксохимических заводов установки сухого тушения кокса (УСТК) имеют существенные конструктивные недостатки, которые снижают эффективность использования физического тепла кокса и надежность работы, требуют значительных расходов на ремонты и эксплуатацию. Поэтому во многих странах в настоящее время ведется активная работа по совершенствованию техники и технологии сухого тушения кокса, снижению капитальных и эксплуатационных расходов, повышению стабильности работы УСТК [10].

Была разработана измерительная  схема для исследования конвективного  теплообмена крупнодисперсных материалов. Было проведено: исследование равномерности  распределения потоков кокса  и газа с помощью распределяющего  устройства по всему сечению камеры тушения, определения скоростей газа в разных точках аппарата, построение эпюр распределения скоростей и определения застойных зон в пределах исследуемого сечения.

В данной работе было установлено, что в УСТК, предложенной кафедрой ХТТ, у 95,5% объема наблюдается режим движения газа, близкий к идеальному вытеснению. То есть установка эффективна и имеет место сооружение опытно-промышленной установки.

Рисунок 3– Скорость движения газов в УСТК

(анимация, 96,6 Kb, 5 кадров, продолжительность: 5 повторений)