Материал: Вращающаяся печь для кальцинации глинозема производительностью по гидроксиду алюминия G=27 т/час

Наружная поверхность барабана с помощью брызгал орошается водой, которая затем собирается в короб, расположенный под холодильником. Для улучшения теплообмена в нефутерованной части барабана имеются металлические полки. Нижний конец барабана входит в головку с сеткой, которая задерживает куски разрушившейся футеровки печи. Глинозем, прошедший через сетку, взвешивается и транспортируется в бункера готовой продукции.

1.3.4 Колосниковые холодильники

Используют в основном для печей с высокой производительностью. В основе конструкции лежит неподвижная или движущаяся решетка, на которую из печи по вертикальной шахте поступает горячий материал, укладываемый слоем толщиной 150...200 мм, высоту которого регулируют скоростью движения конвейера. Через слой непрерывно продувают холодный воздух. Нагретый воздух собирают в верхней части холодильника и подают затем в печь. Благодаря высокой эффективности перекрестной схемы теплообмена готовый продукт выходит из холодильника с температурой 50...90° С, подогретый воздух - с температурой 300...500 °С, обеспечивая более глубокое охлаждение материалов до 50... 70° С. При этом температура избыточного воздуха, выбрасываемого в атмосферу, составляет около 300° С, что обеспечивает КПД колосниковых холодильников около 85%.

При работе колосниковых холодильников необходимо обеспечивать максимальную рекуперацию теплоты, охлаждения материалов до минимально низких температур, минимальное пылеобразование и пылеунос, минимальный подсос наружного воздуха, минимальные эксплуатационные расходы и расход электроэнергии. Эти задачи решают изменением высоты слоя материалов на колосниках по всей длине холодильника за счет изменения скорости их перемещения и количества продуваемого воздуха, его распределения по камерам и поддержанием оптимального разрежения над колосниками.

1.4 Технологический режим кальцинации

Металлургический глинозем для электролиза алюминия должен содержать небольшое количество щелочи, легко транспортироваться, быстро растворяться в электролите и не пылить при транспортировке и загрузке в электролизные ванны.

Соблюдение норм технологического режима кальцинации обеспечивается системой автоматического контроля и регулирования, которая включает в себя автоматическое регулирование температуры отходящих газов, расхода и давления газа, контроль качества глинозема, его температуры при выходе из холодильника, состава отходящих газов и других параметров, определяемых технологической инструкцией.

Производительность печи кальцинации и качество получаемого глинозема прежде всего зависит от теплового режима печи, а также от того, на сколько равномерно питание печи гидроокисью. При нормальном тепловом режиме температура отходящих газов в зависимости от длины печи составляет 250-300°С. При слишком высокой температуре в печи усиленно разрушается футеровка; при пониженной температуре получается недостаточно прокаленный глинозем.

Прокаленный глинозем контролируют на содержание Na20, Si02, Fе2O3, п.п.п. α - модификации. Крупность глинозема определяется ситовым анализом.

Обслуживающий персонал отделения кальцинации должен следить за исправным состоянием механизмов, работой смазочных систем, охлаждением подшипников, состоянием футеровки печи и т.д.

1.5 Очистка отходящих газов от пыли

Цветная металлургия является одним из основных загрязнителей воздушного бассейна. Газы, образующиеся при осуществлении различных технологических процессов, связанных с производством цветных металлов, содержат значительное количество пыли, которая образуется при загрузке, транспортировке, пересыпании сыпучих материалов, в процессе нагрева и обжига кускового материала и т.д. Часто в горячих газах содержатся пары веществ, которые при последующем охлаждении газов конденсируются, переходя в жидкое или твердое состояние. Выбрасываемые в атмосферу газы могут нанести значительный ущерб окружающей среде и здоровью человека Следствием этого может быть нарушение экологического равновесия с негативными непредсказуемыми последствиями.

Основными путями борьбы с пылевыми выбросами в окружающее пространство являются совершенствование технологических процессов с доведением до минимума вредных выбросов, например, за счет внутрипечного пылеосаждения, и создания безотходных замкнутых технологических циклов.

Количество отходящих газов, которое необходимо очистить от пыли, определяется прежде всего мощностью технологического агрегата (в данном случае производительностью печи), а также спецификой технологического процесса. Количество подвергаемых очистке газов определяет производительность выбираемого пылеулавливающего устройства.

Дымовые газы, выходящие из печи кальцинации, уносят значительное количество глинозема в виде пыли. Количество отходящих из печи газов около 3 м3\кг глинозема, содержание пыли в них 450-600 г\м3.

Для улавливания пыли предусматривается система пылеулавливающих устройств. Часть пыли вследствие резкого снижения скорости газового потока оседает в загрузочной головке печи, из которой по течке поступает в пылесборник, расположенный под загрузочной головкой. Следующая стадия очистки происходит в мультициклонах, где улавливается 65-70 % пыли, а окончательно газы очищаются в электрофильтрах. Принцип действия электрофильтра заключается в следующем: загрязненный газ для очистки вводится в сильное электрическое поле, которое создается в электрофильтре между его электродами. Вокруг коронирующего электрода с меньшим радиусом, образуется корона, в области которой происходит интенсивное отделение электронов от молекул газа, которые заряжаются и предают свой заряд пылинкам, которые под действием электрополя направляются к отрицательному электроду, где осаждаются. Очищенный таким образом газ выбрасывают в атмосферу, а пыль осыпается в бункер. Степень очистки газа после электрофильтров должна быть не ниже 99,91 %.

Мультициклоны располагают над загрузочной частью печи, и уловленная пыль возвращается к загрузочной головке самотеком. От электрофильтров пыль транспортируется эжекционными пневмонасосами. Между мультициклонами и электрофильтрами установлен дымосос (эксгаустер), создающий необходимое разрежение в печи и избыточное давление в электрофильтрах. Уловленная пыль, количество которой достигает 100 % от поступающего на кальцинацию глинозема, возвращается в печь после предварительного смешения с гидроокисью или непосредственно в зону сушки. Запыленность газа после очистки может составлять 25 г\Нм3.

На охлаждение подшипников печей и холодильников, на вакуум-охладители подается оборотная вода. Сточные воды с печей и холодильников не должны содержать примеси глинозема, мазута, масла. Не должно быть также увеличения содержания щелочи в оборотной воде.

На предприятиях цветной металлургии газоочистку осуществляют путем различных комбинаций последовательно соединенных пылеулавливающих устройств, представляющих собой несколько ступеней очистки.

Высокой эффективности очистки газов от пыли, а также очистки сточных вод достигают прежде всего правильным выбором соответствующих типов пылеуловителей, очистителей и их правильной эксплуатацией. При выборе аппаратов для пылеулавливания необходимо учитывать начальную концентрацию пыли, ее дисперсность, химический состав, наличие агрессивных компонентов в газах, их расход, давление, влажность и температуру.

При выборе схемы следует учитывать и капитальные затраты, а также экологическую обстановку, оправдывающую зачастую даже значительные экономические затраты.

1.6 Неметаллургический глинозем

В настоящее время около 10 % мирового производства глинозема используется для неметаллургических целей: изготовления специальных видов керамики, катализаторов для химической и нефтехимической промышленности и свечных изоляторов для двигателей внутреннего сгорания, в электронной технике, для шлифовки и полировки различных изделий и др.

Ряду потребителей глиноземные заводы поставляют промежуточный продукт производства глинозема - гидрат окиси алюминия для производства фтористых солей. Различают марки ГК, ГН, ГКК, ГдО, Гд1 и т.п. Все они должны соответствовать требованиям ТУ - 48-5-128-79.

2. РАСЧЕТ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ ДЛЯ КАЛЬЦИНАЦИИ ГЛИНОЗЕМА

2.1 Исходные данные для расчета

Заданная производительность печи по гидроксиду алюминия G = 27 т/час.

Состав исходного гидроксида алюминия, % приведен в табл.2.1

Таблица 2.1

Состав исходного гидроксида алюминия

В качестве топлива в печи используют природный газ следующего состава (табл.2.2):

Таблица 2.2

Топливо сжигают при коэффициенте расхода воздуха α=1,1. Максимальная температура прокалки составляет 1200°С. Температура глинозема, поступающего в холодильник, равна 1000°С. Влажность гидроксида алюминия 12 %. Температура гидроксида алюминия, поступающего в печь, равна 45°С. Влагосодержание 1м3 сухого газа равно gС.Г. = 5,1 г/м3.

2.2 Материальный баланс процесса кальцинации гидроксида алюминия

Принимаем, что остаточное содержание воды в глиноземе Н2Осв составляет 0,4 %. По практическим данным, количество возврата пыли составляет 900 кг на 1 т глинозема. Принимаем, что состав пыли близок к составу исходной шихты с учетом ее обезвоживания.

Кальцинация гидроксида алюминия протекает по реакции:

А1(ОН)3 = Аl2О3 + ЗН2О

В соответствии с этим уравнением, две молекулы гидроксида алюминия (молекулярная масса 78) превращается в одну молекулу глинозема Аl2О3 (молекулярная масса 102). Тогда количество гидроксида из стехиометрических соотношений составит на 1 тонну глинозема       1,0 · 2 · 78/102 = 1,529 т .

Количество компонентов гидроксида алюминия следует определять, исходя из его химического состава (табл. 1).

Количество компонентов глинозема определяем, исходя из общей приходной суммы этих компонентов и состава выходящих из печи массовых потоков.

Результаты расчета материального баланса процесса кальцинации представлены в табл.2.3.

Таблица 2.3

Материальный баланс процесса кальцинации

2.3 Расчет горения топлива

Принимаем, что при сжигании природного газа во вращающейся печи используется горелочное устройство с частичным перемешиванием. Примем величину химического недожога q3/Qнp = 2 %. Коэффициент расхода воздуха α= 1,1.

При влажности газа gH2О =5,1 г/м3 содержание водяных паров в газе равно:

Для метана:

;

Остальных:;

;

;

;

;

Расход кислорода на горение будет равен:

;

Теоретический расход воздуха на горение:

,        где k = ;

Действительный расход воздуха на горение:

;

Объемы отдельных составных продуктов сгорания равны

;

;

;

;

Общее количество продуктов сгорания:

;

Состав продуктов сгорания равен:

Теплоту сгорания топлива определяем по выражению:

Химическую энтальпию продуктов сгорания с учетом химического недожога вычисляем по выражению:

;

Содержание воздуха в продуктах сгорания равно

;

Тогда по " i - t "- диаграмме теоретическая температура горения природного газа составляет tα = 1920°С

Действительная температура горения при пирометрическом коэффициенте

2.4 Определение основных размеров печи

Диаметр барабанной печи определяем по формуле D = l,13, где

D - внутренний диаметр рабочего пространства, м;

Vt - действительный расход газов, равный сумме объемов продуктов сгорания топлива и технологических газов, м3/с;- скорость движения газов в рабочем пространстве. Ее величину выбирают из условий обеспечения min пылевыносе из рабочего пространства в интервале 4...10 м/с,