Minimalizowanie odpadow podczas gaszenia koksu.doc

Gliwice 2000-12-19

POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH

WYDZIAŁ MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY

AUTOMATYKA I ROBOTYKA

Technologie proekologiczne

PROJEKT

„Minimalizacja odpadów podczas

gaszenia koksu”

Wykonali:

Lech Duda

Marek Gawlik

AB5, sem. VII

1.Wstep.

PRZYGOTOWANIE WSADU WĘGLOWEGO
 

Węgiel po rozładunku na wywrotnicach wagonowych gromadzony jest i uśredniany na składowisku w osobnych dla każdego typu węgla pryzmach. Następnie układem przenośników taśmowych transportowany jest do przemiałowi celu uzyskania optymalnego składu ziarnowego i dalej do zbiorników magazynowo - dozujących. Tam za pomocą automatycznych dozowników wagonowo - taśmowych sporządza się mieszankę węglową ze ściśle określonym udziałem węgli poszczególnych typów. Gotowa mieszanka węglowa po przejściu przez mieszalniki kierowana jest do wież węglowych na bateriach koksowniczych.

PRODUKCJA KOKSU
 

Koks produkowany jest w procesie wysokotemperaturowego odgazowania węgla w bateriach koksowniczych. Zakłady posiadają cztery osiemdziesięciokomorowe baterie koksownicze typu PWR-63. Każda bateria obsługiwana jest przez wóz zasypowy z hermetycznymi lejami zasypowymi, jednopunktową wypycharkę koksu, wóz przelotowy z kapturem do odpylania procesu wypychania koksu oraz wóz koksowy. Baterie opalane są gazem koksowniczym oczyszczonym z amoniaku, benzolu i siarkowodoru.

CHŁODZENIE I SORTOWANIE KOKSU
 

Gorący koks wypchnięty z komór baterii schładzany jest za pomocą gazów inertnych do temp. Ok. 150 °C w dwóch instalacjach suchego chłodzenia koksu. Każda instalacja, współpracująca z dwoma bateriami koksowniczymi, wyposażona jest w sześć komór chłodzenia. Odzyskane z gorącego koksu ciepło wykorzystywane jest do produkcji pary wodnej, którą zużywa się do celów technologicznych koksowni oraz napędu turbogeneratorów wytwarzających energię elektryczną. Schłodzony koks poddawany jest sortowaniu na przesiewaczach wałkowo - rusztowych i rezonansowych dla uzyskania poszczególnych frakcji ziarnowych.

WĘGLOPOCHODNE
 

Powstające podczas odgazowania mieszanki węglowej lotne produkty koksowania kierowane są do instalacji węglopochodnych.
Zadaniem instalacji jest: Oczyszczanie gazu koksowniczego z kondensatów wodnych, amoniaku i siarkowodoru, Uzysk produktów węglopochodnych:

·        smoła koksownicza,

·        benzol koksowniczy,

·        siarczan amonu.

Początkowy proces oczyszczania wód koksowniczych.

OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW
 

Ścieki koksownicze po wstępnym oczyszczeniu w instalacji węglopochodnych, poddawane są na oczyszczalni ścieków dalszej obróbce obejmującej następujące procesy:

Oczyszczanie mechaniczne i chemiczne - na drodze strącania, sedymentacji i flotacji, Oczyszczanie biologiczne metodą osadu czynnego, Końcowe doczyszczanie chemiczne.

Proces gaszenia koksu jest ostatnim etapem obróbki, decydującym ostatecznie o jego jakości. Gaszenie koksu zapobiega utlenianiu części palnych i im proces gaszenia oraz czas przejazdu koksu pod wieżę gaszenia jest krótszy, tym wyższa jest jego wartość opałowa. Należy dążyć do tego, aby w jak najkrótszym czasie, przy użyciu możliwie najmniejszej ilości wody zgasić płonący koks i obniżyć jego temperaturę, poniżej temperatury zapłonu.

Ciepło fizyczne rozżarzonego do 1000°C koksu wynosi ok. 1.6 MJ/kg. W powszechnie stosowanej technologii chłodzenia (gaszenia) koksu przez zraszanie go wodą, ciepło traci się bezużytecznie. Potrzeba oszczędności energii wywołuje zainteresowanie odzyskiem ciepła fizycznego koksu w procesie chłodzenia.

OPIS PROBLEMU

Główny problem zakładu to emisja zanieczyszczeń do atmosfery. Obszar działania zawężono do Wydziału Koksowni o znaczącym udziale w emisji globalnej, zarówno w aspekcie ilościowym a przede wszystkim jakościowym. Różnorodność związków emitowanych z procesów koksowania węgla determinuje liczbę zanieczyszczeń objętych decyzją o dopuszczalnej emisji dla zakładu, a specyfika tych substancji (np. właściwości kancerogenne) sprawia, że wysokość opłat z tytułu gospodarczego korzystania ze środowiska jest dla wydziału koksowni najwyższa.

2.Analiza problemu

PROCES GASZENIA KOKSU

Klasyczna instalacja do mokrego gaszenia koksu składa się z wieży gaśniczej, pompowni i osadników koksiku (rys. 1).

Rys. 1

Instalacja do mokrego gaszenia koksu

1 - wieża gaśnicza

2 - kanał odpływowy

3 - komora czerpalna

4 - zbiorniki naporowe

5 - urządzenia zraszające

6 - zawór spustowy

7 - wyłącznik krańcowy

8 - wyłączniki pływakowe

Rozżarzony koks, po wypchnięciu z komory koksowej na wóz gaśniczy, jest transportowany pod wieżę gaśniczą, gdzie jest zraszany silnym strumieniem wody. Czas gaszenia wynosi 60¸120 s. Ilość wody podawanej do zraszania waha się w granicach 1.4¸1.6 m3 na 1 t koksu. W stosunku do teoretycznego zapotrzebowania jest to zużycie 3¸3.5 razy większe.

Po zgaszeniu i odcieknięciu nadmiaru wody koks jest przewożony wozem gaśniczym i wysypywany na zrzutnię. Woda gaśnicza do zraszania, w zależności od rozwiązania układu technologicznego, może spływać ze zbiorników naporowych lub ciśnieniowych, bądź może być tłoczona, pompą o dużej wydajności, do urządzenia zraszającego.

Woda pogaszeniowa gromadzi w kanale spływowym wieży gaśniczej, skąd - wraz z zawiesiną i drobnym koksikiem - przedostaje się do osadników. Z osadników woda - pozbawiona koksiku, ale zawierająca zawiesinę - spływa do komory czerpalnej, skąd pompa podaje ją do zbiorników naporowych lub ciśnieniowych. Praca pomp jest sterowana wyłącznie pływakowymi, zainstalowanymi w zbiornikach.

Nagromadzony w osadnikach koksik jest wybierany specjalnym urządzeniem czerpakowym do zbiornika ociekowego, z którego jest ładowany do wagonów kolejowych.

Odparowywaną w procesie gaszenia część wody uzupełnia się wodą przemysłową, którą odprowadza się do komory czerpalnej. Zużycie wody przemysłowej wynosi ok. 0.5 m3 na 1 t gaszonego koksu.

Jeżeli do uzupełniania obiegu gaśniczego używa się wody zanieczyszczonej z procesów technologicznych, to zarówno środowisko przyrodnicze, jak i instalacja gaszenia koksu oraz konstrukcje stalowe i betonowe znajdujące się w sąsiedztwie ulegają zanieczyszczeniu szkodliwymi substancjami. Stąd bardzo ważna jest czystość wody uzupełniającej.

W procesie mokrego gaszenia pozostaje w koksie zawsze 3¸10% wody stanowiącej balast. W celu maksymalnego obniżenia jego zawartości jest niezbędne równomierne rozłożenia gorącego koksu na całej powierzchni wozu gaśniczego oraz równomierne zraszanie całej powierzchni koksu strumieniem wody. Postój wozu pod wieżą przez 40¸60 s umożliwia odcieknięcie nadmiaru wody. Przetrzymywanie koksu na zrzutni przez ok. 20 min ma na celu odparowywanie pozostałej jeszcze wody oraz, w miarę potrzeby, dogaszanie koksu.

3.Ustalenie priorytetów

Naczelną dewizą działalności Zakładów Koksowniczych  jest harmonijne współistnienie przemysłu ze środowiskiem naturalnym. Polityka ekologiczna naszego przedsiębiorstwa nastawiona na kontrolę i sterowanie wszelkimi działaniami tak, aby było chronione środowisko naturalne, zdrowie ludzkie oraz bezpieczeństwo pracowników, klientów oraz innych osób związanych z naszym przedsiębiorstwem, stanowi integralną część systemu zarządzania firmą.

Aby powyższy cel osiągnąć:

4.Analiza możliwych rozwiązań:

WIEŻE  GAŚNICZE I ICH RODZAJE

Wieże gaśnicze mają podobną budowę, różnią się tylko konstrukcją kominów. Dolne części wieży zbudowana jest w postaci tunelu, a górną część stanowi komin usytuowany centralnie na tunelu. Z uwagi na silnie korodujące działanie wody gaśniczej i powstające podczas gaszenia pary, tunel jest wykonany bądź z cegły klinkierowej, bądź z żelbetonu, którego otulinę stanowi cegła klinkierowa. Obie krawędzie wlotowe sklepienia tunelu, najbardziej narażone na działanie temperatury, są ochronione elementami żeliwnymi.

Kominy zbudowane z impregnowanego drewna sosnowego w całości lub z zastosowaniem mniej trwałych okładzin z płyt eternitowych są odporne na działanie wody gaśniczej i pary. Ze względu na deficyt drewna kominy współczesnych wież gaśniczych mają konstrukcję żelbetową z wewnętrzną wykładziną klinkierową. Rzadziej są spotykane kominy zbudowane w całości z cegły klinkierowej. Kominy wież gaśniczych mają przekroje prostokątne, kwadratowe lub kołowe. Konstrukcja i profil komina mają duże znaczenie, gdyż ilość koksiku porywanego z parą wodną, wchodzącą do atmosfery, w dużej mierze zależy od warunków hydraulicznych panujących wewnątrz komina podczas gaszenia koksu. W celu zmniejszenia emisji koksiku do atmosfery w kominie stosuje się przepływ labiryntowy przez wbudowane tzw. szykany. Podobny efekt uzyskano wprowadzając wieże gaśnicze dyfuzorowe z kominem w postaci odwróconego ostrosłupa ściętego o podstawie prostokątnej. W rozszerzającym się ku górze kominie szybkość pary wodnej maleje ze wzrostem wysokości, tracąc zdolność porywania koksiku.

Nowe rozwiązania wież gaśniczych stanowią konstrukcje żelbetowe z powłokowym kominem cylindrycznym, wykonanym metodą ślizgową wyłożonym wewnątrz cegłą klinkierową. Umieszczenie w cylindrycznej części (rys. 2) dwóch drewnianych wkładek konfuzorowo-dyfuzorowych pozwala na zmniejszenie emisji koksiku, a dwukrotne zwężenie przekroju przelotu powoduje dużą zmianę prędkości i dobre wytrącanie koksiku. Szacunkowo obniżenie ilości emitowanego pyłu z wieży z wkładką konfuzorowo-dyfuzorową - w porównaniu z cylindryczną wieżą bez wkładek - wynosi ok. 70%. Wysokość wież cylindrycznych wynosi 40 m.

Rys. 2

Wieża gaśnicza z cylindrycznym

kominem i wkładkami konfuzorowo-

-dyfuzorowymi

1 - komin

2 - wkładki konfuzorowo-dyfuzorowe

W wieży gaśniczej z bocznym kominem firmy Still (rys. 3) para wodna z części tunelowej dostaje się wąską szczeliną do stojącego obok komina. Dzięki zmianie kierunku przepływu pary i zmianie przekroju jej strumienia porwany z parą koksik wytrąca się. Komin jest wyposażony w szykany  i dodatkową instalację do zraszania.

Rys. 3

Wieża gaśnicza z bocznym

kominem

1 - część tunelowa wieży

2 - komin

3 - szykany

4 - urządzenia zraszające

Wieżę gaśniczą firmy Wilputte (rys. 2c) wyposażono w filtr koksowy (z warstwą koksiku grubości 50¸75 mm), okresowo przemywany wodą w celu zmniejszenia emisji koksiku.

Rys. 4

Wieża gaśnicza z filtrem koksowym

1 - komin

2 - urządzenia zraszające

3 - filtr koksowy

4 - urządzenie do przemywania filtra

5 - wagon z koksem

Kolejnym rozwiązaniem jest wieża gaśnicza firmy Koppers (rys. 2d), gdzie w zwężającej się przestrzeni (znajdujące się między tunelem a kominem) zbudowano kieszeń z dwoma wąskimi przelotami, nad którą gwałtownie się rozpręża uchodząca para wodna. Wytrącony koksik i część wody w postaci kropel gromadzą się w kieszeni, skąd są  odprowadzane do osadnika.

Rys. 5

Wieża gaśnicza firmy Koppers

1 - komin

2 - urządzenia zraszające

3 - kieszeń wychwytująca koksik

4 - dodatkowa instalacja do zraszania oparów

5 - wagon z koksem

Wieża gaśnicza firmy Woodall-Duckham porusza się po torze okraczającym wóz gaśniczy. Koks jest gaszony bezpośrednio podczas wypychania z komory koksowej na wóz gaśniczy. Dzięki temu zmniejsza się emisja pyłów oraz gazów wydobywających się zarówno w czasie wypychania, jak i w czasie jazdy wozu gaśniczego pod wieżę.

Inną metodą  jest mokre gaszenie gorącego koksu metodą natryskową 18-metrowej wieży. Woda jest doprowadzana z góry, a zalewanie koksu następuje poprzez zraszacze zamontowane wewnątrz wieży. Proces gaszenia trwa około 2-3 minut i towarzyszy mu wysoka(podobnie jak w przypadku powyższych metod) emisja gazów i pyłów, w tym pyłu zawieszonego oraz grubych frakcji opadających (tzw. koksik).  Wadą jest to, że wieża usytuowana jest tak, że droga koksu w przypadku najbardziej skrajnej komory baterii wynosi około 100 m, co powoduje znaczącą emisję niezorganizowaną w trakcie transportu koksu pod wieżę oraz zmniejsza jego wartość opałową.

Kolejną koncepcją jest  gaszenie natryskowe, ale z zastosowaniem innej technologii zapewniającej ograniczenie emisji zanieczyszczeń u źródła. Wybrano gaszenie natryskowe z wysokiej wieży z izolującym zanieczyszczenia złożem komórkowym.

Wieża będzie usytuowana znacznie bliżej baterii, co pozwoli skrócić czas przejazdu, a przez to ograniczyć emisję niezorganizowaną.

W obrębie zastosowanego złoża z wypełnieniem komórkowym nastąpi:

·        odzysk koksiku poprzez odpylenie strugi zapylonego gazu z pyłów o średnicy do 0,1mm

·        ochłodzenie mieszanki parowo-gazowej, połączone z równoczesną kondensacją oparów i efektem zmniejszenia objętości, generującym wewnętrzną siłę ciągu, niwelując w ten sposób wpływ warunków barycznych na pracę wieży,

·        absorpcja zanieczyszczeń gazowych, pochodnych procesu gaszenia koksu.

Zanieczyszczenia w kg/t węgla: