Тепловой поток в угольной загрузке

Тепло в угольную загрузку передается из вертикальных каналов в камеру коксования через разделяющую их стену. Существующая в настоящее время технология обогрева предусматривает подачу в отопительный простенок постоян­ного во времени количества газа и воздуха. Таким образом, количество тепла, которое поступает к стене камеры со стороны вертикала в единицу времени, является постоян­ным.

Отдача же тепла в угольную загрузку во времени изме­няется. Неоднократно производились замеры температуры стен на протяжении всего периода коксования (рис. 8).

В момент защрузки печи эта температура со стороны ка­меры составляет примерно 1000—1100 °С. Cразу же после загрузки камеры холодной влажной шихтой происходит ее резкое снижение до 650—800° С. Как сама величина сниже­ния температуры, так и скорость снижения в сильной сте­пени зависят от влажности шихты. Чем больше влажность, тем большим является снижение температуры стены ка­меры.

В связи с тем что прилегающий к стене слой угольной загрузки быстро прогревается, разность температур стены и слоя загрузки уменьшается, так же как и тепловой поток, вследствие чего температура стены начинает нарастать и к концу периода коксования достигает исходной величины. Скорость изменения этой температуры во времени неравно­мерна. За первые 5 мин средний температурный перепад составляет примерно 150 К/мин, а за последние 6ч — около 0,5 К/мин.

Тепловой поток через стену пропорционален перепаду температур в ней. Поэтому в начале периода коксования тепловой поток намного превышает поступление тепла со стороны отопительного простенка. Однако по мере повы­шения температуры стены со стороны камеры тепловой поток замедляется — в это время часть поступающего к стене тепла аккумулируется в ней.

Большой теоретический и практический интерес пред­ставляет распределение температур в угольной загрузке в течение всего периода коксования. В связи с тем что толщина слоя загрузки весьма значительна (400—450 мм) и температуропроводность этого слоя мала, в нем имеется значительный градиент температур. В результате в камере одновременно находятся слои кокса, полукокса, пласти­ческой массы, сухого и влажного угля.

О распределении температур по сечению камеры можно получить представление, замеряя в течение всего периода коксования температуры внутри загрузки на разных рас­стояниях от стены. Схема размещения точек замера пред­ставлена на рис. 8, а. На рис. 8, б изображено изменение температур в угольной загрузке во времени.

Характер изменения тем­ператур в различных слоях угольной загрузки неодина­ков. У стены температура растет вначале быстро, затем по мере повышения рост за­медляется .

В центре угольной загруз­ки изменение температуры во времени протекает иначе. Вначале температура сравни­тельно быстро, уже в тече­ние первых двух часов, до­стигает 100° С, а затем в те­чение 6—8 ч она почти не из­меняется. Объясняется это тем, что испарившаяся у стен влага шихты частично направ­ляется через загрузку к цент­ру камеры и там конденсируется. Так как испарение воды и последующая конденсация водяных паров происходят при давлении, близком к атмосферному, то до тех пор, пока вся влага не будет удалена из загрузки, температура в ней не поднимается выше 100° С. И лишь с момента пол­ного удаления влаги (6—8 ч после загрузки) начинается быстрый рост температуры. К концу периода коксования по оси камеры температура должна быть равна заданной (1000—1050° С). В слоях, расположенных между стеной и осью камеры, изменение температуры носит промежу­точный характер.

Наглядное представление о распределении температур по сечению камеры в течение всего периода коксования можно получить, если данные замеров температур по сече­нию камеры представить в виде линий равного време­ни — изохрон в системе координат «расстояние от стены В — температура» (рис. 9). Для этого точки изохрон рис. 8, б (вертикали) переносятся в новую систему коор­динат.

Изохроны не только дают представление о температур­ном поле в загрузке в разные моменты времени от начала коксования т, но и позволяют определить скорости прохож­дения температурных интервалов в отдельных слоях уголь­ной загрузки. Так, например, если на рис. 9 построить при В = 100 мм вертикаль между изотермами (горизонта­лями) 200 и 400 °С, то по изохронам, пересекаемым этой вертикалью, можно судить о времени, затрачиваемом в этом слое на прохождение данного температурного интервала. Видно, что оно составило примерно 1 ч.

Пользуясь изохронами, можно также для любого мо­мента времени определить, на каком расстоянии от стены начинается образование пластического слоя, где он затвер­девает, и, следовательно, какова его толщина в камере. Для этого на рис. 9 нужно провести две изотермы, ограничи­вающие пластическое состояние данной шихты, приняв, например, теммературы начала размягчения и затверде­вания равными ^соответственно 350 и 500° С. Точки пере­сечения этих изотерм с интересующей нас изохроной дают возможность найти на абсциссе расстояние от стены до плоскостей, в которых в данный момент времени начинает образовываться и затвердевать пластический слой, а также его толщину. На рисунке заштрихована зона пластиче­ского слоя через 6 ч после начала коксования. Скорость перемещения пластического слоя у стены камеры макси­мальна, а толщина его возрастает от стены к центру камеры, изменяясь от 3—4 до 30—40 мм.

Скорость нагрева угольной загрузки, о которой можно судить по наклону кривых, приведенных на рис. 8, б, или по расстоянию по вертикали между изохронами (см. рис. 9), неодинакова в различных слоях угольной загруз­ки. Поэтому формирование кокса и образование в нем тре­щин происходят не в одинаковых условиях.

В прилегающем к стене слое толщиной 30—40 мм уголь вначале, примерно в течение получаса, нагревается с боль­шой скоростью, превышающей 15 К/мин. В дальнейшем ско­рость изменения температуры в этом слое снижается до 2 К/мин, составляя в среднем 2,5—3,8 К/мин. Температур­ный градиент в рассматриваемом слое также вначале мак­симальный (7—8 К/мм). Чем больше температурный гра­диент, тем большие напряжения возникают при усадке полукокса и значительнее трещиноватость образующегося кокса.

В других слоях угольной загрузки средняя скорость повышения температуры снижается до 1,1—1,9 К/мин, а температурный градиент уменьшается до 4,5—6,5 К/мм. Соответственно уменьшаются напряжения усадки и обра­зование трещин в этой части загрузки. В ширококамерных печах кокс получается более крупным, чем в узкокамерных. Это объясняется тем, что в них доля кокса из внутренних слоев, имеющих меньшую трещиноватость, в общей массе больше, чем в узкокамерных.

К центру камеры скорость изменения температуры воз­растает, что объясняется влиянием нагретого слоя загрузки, движущегося к середине печи с противоположной стороны. Средняя скорость изменения температуры составляет 2— 2,8 К/мин, а средний температурный градиент 3,/—7,7'К/мм.

Из кривых подъема температур видно, что значитель­ная часть времени коксования затрачивается/на удаление влаги из загрузки. Период коксования может быть сокра­щен, а производительность увеличена за снет снижения влажности шихты.