Мокрое тушение кокса

Мокрое тушение кокса — это технологический процесс охлаждения раскалённого кокса (до температуры 1000—1100 °C) водой после завершения процесса коксования в коксовых печах. Относится к традиционным методам тушения, в отличие от более современных, но менее распространённых сухих способов. В ходе мокрого тушения происходит резкое снижение температуры кокса до 80—200 °C, что делает его пригодным для дальнейшей транспортировки, хранения и использования в металлургическом производстве.

История

Мокрое тушение кокса является исторически первым промышленным способом охлаждения кокса. Технология возникла вместе с развитием коксохимического производства в середине XIX века. Первые коксовые батареи использовали простое орошение водой, что позволяло быстро снизить температуру продукта. К концу XIX — началу XX века, с ростом масштабов металлургии, мокрое тушение стало стандартом на большинстве коксохимических заводов.

В СССР, а затем в России, мокрое тушение было доминирующим методом вплоть до 1970-х годов, когда началось внедрение установок сухого тушения кокса (УСТК). Однако из-за высокой стоимости и сложности эксплуатации УСТК, а также наличия значительного парка устаревшего оборудования, мокрое тушение сохранило широкое распространение. По состоянию на 2024 год, по оценкам отраслевых источников, около 60—70 % всего производимого в России кокса тушится мокрым способом.

Технологический процесс

Процесс мокрого тушения кокса состоит из нескольких последовательных стадий:

1. Выдача кокса из печи. После окончания периода коксования (обычно 14—18 часов) раскалённый кокс выдавливается из камеры коксовой печи механическим коксовыталкивателем в тушильный вагон.
2. Транспортировка. Тушильный вагон перемещается по рельсовому пути к тушильной башне. Время транспортировки минимально, чтобы избежать остывания кокса на воздухе.
3. Тушение. В тушильной башне вагон останавливается под специальным оросительным устройством. На кокс подаётся вода (обычно оборотная техническая вода) под давлением 0,2—0,4 МПа. Продолжительность орошения составляет от 30 до 120 секунд в зависимости от массы кокса и его температуры.
4. Сток и испарение. Вода, соприкасаясь с раскалённым коксом, мгновенно испаряется, образуя большое количество пара (до 50—70 % от массы поданной воды). Оставшаяся вода стекает через дренажные отверстия вагона в систему оборотного водоснабжения.
5. Выгрузка. Охлаждённый кокс выгружается из тушильного вагона на коксовый конвейер или в бункер для дальнейшей сортировки и отгрузки.

Оборудование

Основные элементы установки мокрого тушения кокса:

• Тушильный вагон — металлический вагон с днищем, имеющим дренажные отверстия. Вместимость — от 15 до 30 тонн кокса.
• Тушильная башня — высокая (до 40—60 м) железобетонная или металлическая конструкция, внутри которой расположены форсунки для подачи воды. Башня служит для отвода пара в атмосферу.
• Система орошения — включает насосы, трубопроводы, запорную арматуру и форсунки, обеспечивающие равномерное распределение воды по поверхности кокса.
• Система оборотного водоснабжения — включает отстойники, фильтры, насосные станции и градирни для очистки и охлаждения воды перед повторным использованием.

Классификация методов мокрого тушения

Существует несколько разновидностей мокрого тушения кокса, различающихся способом подачи воды и конструкцией оборудования:

• Оросительное тушение — вода подаётся сверху через форсунки на поверхность кокса в тушильном вагоне. Наиболее распространённый способ.
• Погружное тушение — кокс опускается в специальный резервуар с водой. Используется реже, так как требует большего расхода воды и времени.
• Комбинированное тушение — сочетание орошения и погружения, применяется на некоторых современных установках для повышения эффективности.

Влияние на качество кокса

Мокрое тушение оказывает существенное влияние на физико-химические свойства кокса:

• Влажность. После тушения кокс содержит 2—6 % влаги (в зависимости от режима). Высокая влажность (более 6 %) ухудшает его потребительские свойства, так как при загрузке в доменную печь вода испаряется, снижая температуру в горне.
• Прочность. Резкое охлаждение водой вызывает термические напряжения, что может приводить к растрескиванию кусков кокса. Это снижает его механическую прочность (показатели M25 и M10). Потери прочности при мокром тушении оцениваются в 3—7 % по сравнению с сухим тушением.
• Зольность и химический состав. Мокрое тушение не изменяет зольность и содержание серы, но может вымывать некоторые водорастворимые соединения (например, сульфаты), что незначительно улучшает качество кокса для металлургии.
• Гранулометрический состав. Из-за растрескивания увеличивается выход мелких фракций (менее 25 мм), что снижает товарную ценность кокса.

Сравнение с сухим тушением

Экологические аспекты

Мокрое тушение кокса связано с рядом экологических проблем:

• Выбросы в атмосферу. При контакте воды с раскалённым коксом образуется пар, который содержит взвешенные частицы коксовой пыли, а также летучие органические соединения (фенолы, бензол, аммиак). Эти выбросы создают характерный «коксохимический» запах и требуют очистки.
• Сточные воды. Вода, используемая для тушения, загрязняется твёрдыми частицами, фенолами, цианидами и другими токсичными веществами. После очистки в системе оборотного водоснабжения часть воды сбрасывается в промышленные стоки.
• Пылеобразование. При выгрузке и транспортировке влажного кокса образуется пыль, которая может распространяться на прилегающие территории.

В России и других странах ужесточение экологических норм стимулирует переход на сухое тушение или модернизацию систем мокрого тушения (установка пылеуловителей, закрытых конвейеров, улучшение очистки воды).

Применение

Мокрое тушение кокса применяется преимущественно на предприятиях с:

• устаревшим оборудованием, где замена на УСТК экономически нецелесообразна;
• ограниченными инвестициями в модернизацию;
• возможностью использования дешёвой оборотной воды.

В России мокрое тушение используется на ряде крупных коксохимических заводов, таких как «Кокс» (Кемерово), «ММК-Кокс» (Магнитогорск), «Уральская коксохимическая компания» (Нижний Тагил) и других.

Интересные факты

• Вода, подаваемая на тушение, должна быть химически очищенной, чтобы избежать образования накипи на форсунках и коррозии оборудования.
• При мокром тушении образуется до 50—70 тонн пара на каждые 100 тонн кокса, который не утилизируется и выбрасывается в атмосферу.
• В некоторых странах (например, в Японии) мокрое тушение практически полностью вытеснено сухим из-за строгих экологических требований.
• В СССР в 1960-х годах были попытки внедрения «полусухого» тушения с использованием мелкодисперсного распыла воды для снижения выбросов, но технология не получила широкого распространения.

Источники

• Технология коксохимического производства. Под ред. В. И. Гуляева. — М.: Металлургия, 1985.
• Справочник коксохимика. Том 2. Производство кокса. — М.: Металлургия, 1986.
• Отраслевые обзоры «Кокс и химия» (журнал), 2020—2024.
• Данные Министерства промышленности и торговли РФ о состоянии коксохимической отрасли (2023).
• Экологический кодекс РФ и нормативы выбросов для коксохимических предприятий.