АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССА ОБЖИГА

Для обжига колчедана применяются печи различных конструкций: механические полочные, печи пылевидного обжига, печи для обжига колчедана в кипящем слое.

Механическая полочная печь

В механических полочных печах обжиг колчедана проводится на нескольких полках (позах), расположенных этажерками друг под другом. Перемешивание и перемещение колчедана с поза на поз производится механически с помощью скребковых мешалок.

Температура в печи приблизительно 800°С, размер колчедана 70-100 мм, концентрация SO₂ в газе на выходе 8-9%, концентрация SO₃ равна 0.5%, содержание серы в огарке – 2%, интенсивность 225- 250 кг/м³*сутки.

Преимущества аппарата:

1) При сжигании колчедана используются крупные куски и, поэтому газ мало запылён и процесс очистки газа упрощается

2) В печах ВХЗ в газовую фазу переходит 80-85% селена, при применении других печей – 30-40% селена сорбируется мелкодисперсным огарком.

Недостатки:

1) Громоздкость

2) Наличие вращающихся частей, что приводит к частым поломкам

3) Низкая интенсивность

4) Низкая концентрация SO₂ и высокая SO₃

Печь пылевидного обжига

Печь состоит из корпуса цилиндрической формы, установленной под углом в 7°. При таком угле достигается максимальное время пребывания колчедана в печи. Мелкодисперсный колчедан с размерами 0,01-1 мм потоком воздуха распыляется форсункой и сгорает в объёме печи. Т=1100°С, С(SO₂)=15%, С(SO₃)=0,1%, С(S)=1,5%, I=1100 кг/м³*сутки.

Недостатки:

1) Высокая запылённость газа (90% огарка уносится с обжиговым газом и поэтому требуется более сложное оборудование для очистки обжигового газа. 10% огарка удаляется из нижней части печи).

2) В пылевидную печь необходимо подать колчедан определённого гранулометрического состава. При изменении химического состава колчедана изменяется концентрация SO₂ в обжиговом газе, что нарушает технологический режим процесса.

Преимущества:

1) Более высокая интенсивность, чем в печах ВХЗ

2) Высокая концентрация SO₂, низкая концентрация SO₃

3) Более высокая степень выгорания серы.

Печь кипящего слоя(рисунок 3)

Рисунок 3 – Печь кипящего слоя(КС)

1 - коллектор для вторичного воздуха; 2 - форсунка; 3 - опорная рама; 4 - конус; 5,8 - охлаждающие элементы; 6 - решетка; 7 - бункер под провальной решеткой; 9 - загрузочная камера; 10 - выхлопная труба.

Печь состоит из форкамеры, зоны кипящего слоя, сепарационного пространства. В зоне кипящего слоя имеется беспровальная газораспределительная решётка.

В форкамере устанавливается провальная газораспределительная решётка и при попадании крупных кусков колчедана и инородных предметов они проваливаются через решётку и выводятся из печи, а мелкодисперсный колчедан потоком воздуха подаётся в зону кипящего слоя.

В зоне кипящего слоя в псевдоожиженном слое состоянии происходит выгорание серы. Для поддержания температурного режима в зоне кипящего слоя вмонтированы теплообменные элементы, внутри которых циркулирует вода и на выходе образуется пар с давлением 4 Мпа.

Число псевдоожижения в печи кипящего слоя для флотационного колчедана составляет 10 – 14.

, где - скорость газа, - скорость псевдоожижения.

< скорости уноса частиц.

В зоне кипящего слоя поддерживается Т = 800-900°С. При этом достигаются следующие показатели: С(SO₂)=14%, C(SO₃)=0,1%, I=1800-2000 кг/м³*сутки, содержание серы в огарке меньше 1%.

Характерной особенностью печи кипящего слоя является высокая степень поглощения оксидов мышьяка огарком. Содержание мышьяка после печей кипящего слоя в газе в 100-200 раз меньше, чем в газе после других печей. Наиболее активно оксиды мышьяка пылят при 700°С.

Достоинство аппарата:

1) Высокая степень выгорания серы

2) Высокая интенсивность процесса

3) Высокая концентрация SO₂ и низкая SO₃

4) Высокая степень поглощения оксидов мышьяка огарком

Недостатки:

1) Высокая запылённость газа

2) Высокий расход энергии на создание псевдоожиженного слоя

Аппарат КСЦВ (кипящий слой с циклонным возвратом)

В аппаратах КСЦВ после печи установлен циклон, и несгоревший колчедан после циклона возвращается снова в печь. В этой печи скорость подачи воздуха больше, чем скорость уноса частиц колчедана и частично огарок улавливается и возвращается в печь кипящего слоя. Скорость частиц не зависит от гранулометрического состава. I=2500-3000 кг/м³*сутки.

В печи кипящего слоя за счёт интенсивного перемешивания и высокой линейной скорости процесс обжига происходит в переходной области, в печи пылевидного обжига и ВХЗ процесс идёт в диффузионной области.

Технологическая схема печного отделения(рисунок 4).

Рисунок 4 – Технологическая схема печного отделения

1 – нагнетатель; 2 – печь кипящего слоя; 3 – котёл-утилизатор; 4 – циклон, 6 – электрофильтр.

Мелкоизмельчённый колчедан (0,01-3 мм) ленточным транспортёром подаётся в приёмный бункер, откуда поступает через тарельчатый питатель в форкамеру.

Для первоначального пуска печи и её разогрева в печи монтируются специальные горелки, или форсунки посредством чего осуществляется медленный разогрев печи до 700°С. При первоначальном пуске печи в неё загружается огарок или песок. После печи газ поступает в котёл – утилизатор, где необходимо газ очень быстро охладить, т.к. интервале температур 450-650°С интенсивно протекает процесс окисления SO₂ в SO₃. Время охлаждения газа в котле – утилизаторе составляет 0,3-0,5 сек. Давление пара в котле не ниже 2,5 МПа, т.к. при меньшем давлении температура стенок труб котла будет меньше 275°С, а при этой температуре и более низкой начинается конденсация присутствующей серной кислоты на стенках труб, что чревато интенсивной коррозией. Газ в котле – утилизаторе движется по трубам, а межтрубное пространство поступает вода. В котле газ меняет своё направление на 180° и за счёт этого он работает как инерционный пылеосадитель. Крупные частицы огарка осаждаются в нижней части и периодически отводятся из котла. Далее газ от огарка очищается в батарейном циклоне. Частицы огарка с размерами меньше 50 мкм не отделяются в циклоне и, для более полной очистки, газ поступает в сухой электрофильтр. Осадительным электродом являются пластины, а коронирующим электродом является нихромовая проволока, натянутая между пластинами.

Газ, проходя между электродами, на которые подаётся высокое напряжение постоянного поля (70-100 кВт), частицы пыли ионизируются и осаждаются на электроде с помощью специальных приспособлений, электроды периодически стряхиваются и осевшая пыль собирается в нижней части фильтра.

Требования к фильтрам:

Температура не более 500°С и не менее 275°С. При температурах выше 500°С происходит деформация пластин электродов. При температуре меньше 275°С конденсируется кислота.

Печное отделение работает под небольшим разряжением, которое создаётся турбогазодувкой контактного отделения.

Утилизация огарка:

- получение чугуна

- использование при получении цемента

- получение пигментов

ЛЕКЦИЯ 4

МОКРАЯ ОЧИСТКА ГАЗА

Газ из пенного отделения поступает на мокрую очистку в промывное отделение. Содержание пыли после сухих электрофильтров не должно превышать 50 – 100 мг/м³. В обжиговом газе также содержаться соединения селена, мышьяка, фтора и др. соединения As, F являются каталитическими ядами. В связи с этим газ необходимо очищать от этих соединений. Мокрая очистка такого газа осуществляется кислотой. Более эффективно бы процесс протекал при обжигового газа водой, а образующиеся капли тумана серной кислоты имели бы большой размер и легче их можно было выделить в электрофильтрах. Однако в газе содержится SO₃ и при промывке водой будет образовываться слабый раствор СК, который необходимо будет нейтрализовывать, что повлечет большой расход нейтрализующего агента и увеличит расходные коэффициенты по сырью, поэтому процесс очистки проводят уже кислотой. В промывном отделении также происходит охлаждение обжигового газа.

Технологическая схема промывного отделения(рисунок 5).

Рисунок 5 - Технологическая схема промывного отделения

1 – первая промывная башня; 2 – вторая промывная башня; 3 – первый мокрый электрофильтр; 4 – увлажнительная башня; 5 - второй мокрый электрофильтр; 6 - сушильная башня; 7 – брызгоуловитель; 8 - холодильники кислоты; 9 - сборники кислоты.

Обжиговый газ после сухих электрофильтров поступает в промывное отделение, в котором происходит мокра очистка газа от пыли соединения селена, мышьяка, фтора и охлаждение газа.

Промывка газа осуществляется в двух башнях. Первая промывная башня орошается 50 – 70% СК, а вторая - 15 – 30% СК.

Первая промывная башня представляет собой полый скруббер, футерованный кислотоупорным кирпичом.

Применение полого скруббера связано с тем, что:

− если применять насадочный скруббер, то он будет забиваться огарковой пылью и в связи с этим будет повышаться гидравлическое сопротивление;

− в первой башне газ охлаждается с 350–400^оС до 80–120^оС и за счет резкого перепада температур насадка будет растрескиваться.

В первой башне происходит частичное улавливание As и Se. Оксиды Se восстанавливаются диоксидом серы до металлического Se.

SeO₂ + 2 SO₂ + 2H₂O = Se + 2H₂ SO₄

Первая промывная башня может работать в двух режимах(таблица 3):

1) обычный

2) испарительный

При обычном режиме охлаждение кислоты происходит в холодильнике. При испарительном режиме холодильник отсутствует, а охлаждение проводится за счет испарения воды из кислоты, при этом в башне поддерживается более высокая температура и низкая концентрация СК.

Таблица 3

Режимы промывной башни

Достоинства испарительного режима:

1) отпадает необходимость установки холодильника;

2) отвод тепла осуществляется за счёт испарения большого количества воды. Пары воды конденсируются во второй башне, что приводит к увеличению размера капель тумана, при этом отпадает необходимость в установке увлажнительной башни между первой и второй ступенью электрофильтров.

Недостатки испарительного режима:

При испарительном режиме используется кислота с меньшей концентрацией (~50%), что увеличивает количество промывной кислоты. Эту кислоту в отделении абсорбции закрепляют до 92% и получают термическую СК т.о. при применении этого метода выпуск улучшенной СК уменьшается.

Кислота, вытекающая из первой башни, поступает в отстойник, где осаждается бедный селеновый шлам, содержащий 5 – 10% Se. Избыток кислоты из цикла первой башни поступает в абсорбционное отделение.

В первой промывной башне полностью поглощается SO₃ и концентрация СК возрастает. Для поддержания постоянной концентрации в цикл первой промывной башни подается 20 – 30% СК из цикла второй промывной башни.

После первой промывной башни газ поступает в насадочный скруббер (вторая промывная башня), который орошается 15 – 30% СК. За счёт брызгоуноса из первой промывной башни концентрация СК в башне повышается. Для поддержания постоянной концентрации в цикл второй башни поступает 5% СК из цикла увлажнительной башни или вода. Во второй башне происходит полностью очистка газа от соединений селена, мышьяка, фтора.

За счёт резкого охлаждения газа в первой и второй башне с 400 до 80^ОС происходит интенсивное образование тумана СК. Этот туман не улавливается в абсорберах, проходя все аппараты, и выходит в атмосферу, что ведёт к загрязнению окружающей среды и увеличивает расходные коэффициенты по сырью. В связи с этим необходимо минимизировать образование тумана СК. Охлаждение газа можно провести без образования тумана. Для этого необходимо производить медленное охлаждение газа, при этом конденсация паров происходит на поверхности жидкости.

Образование тумана зависит от степени пересыщения пара – это отношение парциального давления паров воды к парциальному давлению насыщения:

Туман образуется при определенной степени пересыщения:

Таблица 4

Зависимость степени пересыщения от температуры

Температура, °С
	5,5	3,8	3,0	2,5

При медленном охлаждении туман не образуется, но возрастает объем аппаратов. Для очистки газа от тумана СК, газ поступает на первую ступень мокрых электрофильтров.

Электрофильтр состоит из осадительных электродов, выполненных в виде сот и коронирующих, выполненных из освинцованной проволоки. На электроды подается напряжение постоянного тока 70–100кВ. газ в электрофильтрах проходит снизу вверх со скоростью 0,5 – 0,6 м/с. Частицы тумана под действием высокого напряжения ионизируются и приобретают заряд, и осаждаются на электродах. При последующих встряхиваниях электродов капли стекают в нижнюю часть электрофильтра и далее поступают в сборник кислоты, откуда подаются на установку по извлечению селена.

При резком охлаждении газа туман образуется на центрах кристаллизации мельчайших частиц металлического Se и поэтому шлам после электрофильтров после фильтрации конденсировавшейся кислоты содержит значительное количество Se до 50% и называется богатым шламом.

Степень улавливания тумана зависит от размера капель его, а размер капель тумана в свою очередь зависит от концентрации кислоты и для капель тумана соблюдается равенство:

Пользуясь этим равенством можно определить отношение диаметров частиц:

С увеличением размера капель, они воспринимают в электрофильтрах больший заряд и соответственно с большей силой притягиваются к осадительным электродам. Так, если принять концентрацию СК в первой промывной башне равной 70%, а в уловительной башне 5%, то объем капли увеличится от первоначального объема V₁ до объема V₂ и тогда отношение диаметров будет равно:

Т.е. произойдет увеличение размера капель в 2,7 раза, что улучшит очистку. В связи с этим после первой ступени очистки газа от тумана в электрофильтре, где происходит выделение только крупных капель, газ увлажняют в увлажнительной башне, орошая 5% СК. При этом происходит увеличение размера оставшихся капель.

После увлажнительной башни газ поступает на вторую ступень мокрых электрофильтров, где происходит полная очистка от тумана.

В новых технологических схемах увлажнительная башня отсутствует, а увлажнение газа происходит за счет вбрызгивания воды в газоход между первым и вторым электрофильтрами.

Извлечение селена.

Se относится к редким и рассеянным элементам, и сернокислотная промышленность является его основным поставщиком. Количество Se в получаемом шламе зависит от количества его в колчедане или сере и от количества пыли не уловленной в сухих электрофильтрах.

Схема баланса селена в производстве серной кислоты(рисунок 6).

Рисунок 6 – Баланс селена

ЛЕКЦИЯ 5

Поиск по сайту: