Wyniki komorowych prób koksowania w baterii koksowniczej PWR-63

Celem przeprowadzenia prób komorowych było uzyskanie skali porównawczej dla wyników uzyskiwanych w Karboteście i piecu testowym CPM oraz wyników uzyskiwanych w skali przemysłowej. Przedmiotem oceny były wyniki uzyskane w w/w instalacjach przy zastosowaniu mieszanek wilgotnych.

Podstawowe parametry jakościowe koksów otrzymanych w trakcie prób komorowych dla mieszanek węglowych pierwszej grupy (wyłącznie węgle krajowe) przedstawiono w tabeli Z.11 (Załączniki) a dla mieszanek węglowych drugiej grupy (z udziałem węgli zagranicznych) w tabeli Z.12 (Załączniki). Dane dotyczące składu sitowego koksu otrzymanego w ramach tych prób podano w tabelach Z.13 i Z.14 (Załączniki).

W próbach komorowych, dla obu grup mieszanek stwierdzono spadek jakości koksu wraz ze wzrostem udziału węgli gazowo-koksowych w mieszance, przy czym nieco wyższą jakością charakteryzował się koks uzyskany z mieszanek grupy drugiej (z udziałem węgli zagranicznych). Dla obu badanych grup mieszanek udział koksu grubego (powyżej 40 mm) w koksie ogółem wyniósł ok. 80%, przy czym nieznacznie wyższe udziały zanotowano w przypadku koksu wyprodukowanego z mieszanek drugiej grupy. Jakość koksu uzyskanego w trakcie prób komorowych była zgodna z wiedzą i doświadczeniem w zakresie produkcji koksu w bateriach koksowniczych typu PWR-63.

Porównując parametry jakościowe koksu otrzymanego z mieszanek wilgotnych w próbach komorowych i w instalacji „Karbotest” należy zwrócić uwagę na zgodność trendów podstawowych parametrów jakościowych (CRI, CSR), co potwierdza występowanie korelacji między uzyskanymi wynikami w skali laboratoryjnej i przemysłowej. Podobną korelację zaobserwowano dla podstawowych parametrów jakościowych (CRI, CSR) koksu uzyskanego w próbach komorowych i w piecu testowym CPM z ruchomą ścianą, przy czym jest ona wyraźniejsza dla pierwszej grupy mieszanek.

W Koksowni Zdzieszowice a także w Koksowni Kraków (należące do AMP S.A.) z powodzeniem stosuje się instalację badawczą Karbotest do prognozowania jakości koksu uzyskiwanego w procesie przemysłowym. Co prawda dla tych samych mieszanek węglowych, jakość koksu uzyskiwanego w Karboteście jest niższa niż produkowanego w baterii koksowniczej, ale na podstawie wieloletnich danych empirycznych ustalono współczynniki przeliczeniowe do prognozowania wartości CRI oraz CSR w oparciu o wyniki dla koksu produkowanego w Karboteście. Prognozowaną wartość CRI lub CSR dla procesu bateryjnego uzyskuje się przez pomnożenie wyników uzyskanych dla prób w Karboteście przez odpowiedni współczynnik r(CRI) lub r(CSR). Tabela 8.8 przedstawia zestawienie współczynników przeliczeniowych do obliczania prognozowanej wartości CRI i CSR na podstawie wyników uzyskanych dla koksu produkowanego w Karboteście.

107 Tabela 8.8 Zestawienie współczynników przeliczeniowych do obliczania prognozowanej wartości

CRI i CSR na podstawie wyników uzyskanych dla koksu produkowanego w Karboteście.

Pozycja Koksownia Zdzieszowice Koksownia Kraków

Charakterystyka systemu produkcyjnego

Typ baterii koksowniczej PWR-63 PWR-63d

System napełniania zasypowy zasypowy

Chłodzenie koksu mokre suche

Współczynniki do prognozowania jakości

Współczynnik do prognozowania CRI – r(CRI) 0,90 0,85

Współczynnik do prognozowania CSR – r(CSR) 1,14 1,18

Przy podobnych konstrukcjach baterii koksowniczych w Koksowni Zdzieszowice i Koksowni Kraków w opisywanym modelu stosuje się korzystniejsze współczynniki przeliczeniowe dla systemu produkcyjnego wyposażonego w Instalację Suchego Chłodzenia Koksu. Jest to wynikiem korzystniejszego wpływu suchego chłodzenia koksu na jego jakość w porównaniu do chłodzenia mokrego. Rysunek 8.20 przedstawia porównanie CRI oraz CSR oznaczonych dla koksu uzyskiwanego w Karboteście oraz w bateriach koksowniczych typu PWR-63 w Koksowni Zdzieszowice – próby wykonane dla różnych mieszanek w latach 2014-2015.

Rys. 8.20 Porównanie wskaźników CRI i CSR dla koksu uzyskiwanego w Karboteście oraz w bateriach koksowniczych typu PWR-63 w Koksowni Zdzieszowice – próby wykonane

dla różnych mieszanek w latach 2014-2015.

Wskaźniki CRI i CSR dla koksu produkowanego w Karboteście oraz w bateriach koksowniczych typu PWR-63 w Koksowni Zdzieszowice w analizowanym okresie są ze sobą skorelowane, co potwierdza zasadność stosowania instalacji doświadczalnej Karbotest do prognozowania jakości koksu.

Tabela 8.9 przedstawia porównanie wskaźników CRI i CSR dla koksów z I i II grupy mieszanek wilgotnych uzyskanych w Karboteście, prognozowane wartości tych wskaźników oraz oznaczone podczas prób komorowych. W przypadku rozpatrywanych mieszanek węglowych zastosowany model prognozowania jakości koksu, oparty o wykorzystanie współczynników przeliczeniowych i wyniki prób koksowania w Karboteście, pozwolił na poprawne prognozowanie jakości koksu dla procesu bateryjnego.

108 Tabela 8.9 Porównanie wskaźników CRI i CSR dla koksów z I i II grupy mieszanek wilgotnych uzyskanych w Karboteście, prognozowane wartości tych wskaźników oraz oznaczone podczas prób

komorowych.

Pozycja ^{Oznaczenie mieszanki}

D10 D20 D30 M10 M20 M30

Karbotest - wskaźniki oznaczone ^{CRI 36,1 33,8 34,9 30,5 34,2 35,7}

CSR 52,2 54,3 52,8 56,8 55,1 51,7

Współczynniki przeliczeniowe ^{r (CRI) 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90}

r (CSR) 1,14 1,14 1,14 1,14 1,14 1,14

Wskaźniki obliczone-prognoza wskaźników dla baterii koksowniczej

CRI 32,5 30,4 31,4 27,4 30,8 32,1

CSR 59,5 61,9 60,2 64,8 62,8 58,9

Próby komorowe - wskaźniki oznaczone

CRI 30,6 31,8 33,2 27,3 29,1 28,9

CSR 60,8 58,2 54,9 62,0 60,1 59,2

Również Centrum Pirolizy Marienau we Francji (Centre de Pyrolyse de Marienau, CPM) posiada wieloletnie doświadczenia w zakresie aplikacji dla potrzeb prognozowania jakości koksu przemysłowego wyników uzyskiwanych w piecu testowym 400 kg z ruchomą ścianą w CPM [Centre de Pyrolyse de Marienau 2015]. Setki wykonanych w CPM prób koksowania mieszanek węglowych skomponowanych z różnych komponentów w warunkach odpowiadającym warunkom przemysłowym właściwym dla różnych rozwiązań konstrukcyjnych baterii koksowniczych obu systemów napełniania komór doprowadziły do wypracowania precyzyjnych empirycznych reguł prowadzenia tych badań. Dla właściwego doboru parametrów procesu w piecu testowym 400 kg z ruchomą ścianą w CPM niezbędne jest uwzględnienie podstawowych parametrów charakterystycznych dla obiektu i przemysłowego procesu koksowania, a w szczególności:

 gęstości nasypowej wsadu w komorze,

 składu i rozkładu ziarnowego mieszanki wsadowej,

 czasu koksowania,

 warunków temperaturowych procesu koksowania.

Na podstawie posiadanego doświadczenia CPM wypracowało procedury pozwalające zaprojektować parametry procesu koksowania w piecu testowym tak, aby parametry jakościowe produkowanego w nim koksu były porównywalne do uzyskiwanych w procesie przemysłowym – rysunek 8.21. W szczególności gęstość nasypowa w piecu badawczym w CPM musi być nieznacznie wyższa niż w obiekcie przemysłowym (o ca 20-30 kg/m³), by wyeliminować efekt różnicy wielkości komór. Kolejnym parametrem jest zastosowanie odpowiednich warunków temperaturowych procesu koksowania oraz adekwatnej szerokości komory. Zbyt niskie temperatury procesu, a w konsekwencji nadmiernie długi czas koksowania i w rezultacie różnice w szybkości koksowania, sprzyjają wyższej jakości i udziałowi koksu grubego w porównaniu do warunków przemysłowych. Z kolei nadmierne wysokie temperatury procesu wpływają na wzrost maksymalnego ciśnienia koksowania, które nie znajduje potwierdzenia w skali przemysłowej. Z tego względu ogromne znacznie w procesie badawczym w CPM ma stosowanie wypracowanych procedur. Prawidłowy dobór parametrów procesu pozwala na uzyskiwanie wyników wiarygodnych i porównywalnych do uzyskiwanych w procesie przemysłowym [Centre de Pyrolyse de Marienau 2015].

109 Rys. 8.21 Przykłady wyników średnich parametrów jakościowych koksu uzyskiwanego w piecu

badawczym z ruchomą ścianą oraz w warunkach przemysłowych dla wybranych koksowni – opracowane na podstawie [Centre de Pyrolyse de Marienau 2015].

8.8 Podsumowanie – propozycja koncepcji technologii podsuszania wsadu