книги из ГПНТБ / Розенберг Е.Х. Горючие, тепловые отходы и энерготехнологическое комбинирование в фосфорной промышленности
.pdfі.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Использование горючих и тепловых отходов, равно как и энерготехнологическое комбинирование является одной из важнейших проблем фосфорной промышленности, значение
которой возрастает пропорционально индустриальному разви тию отрасли.
Настоящий обзор, в известной мере, является первой по пыткой обобщить и критически проанализировать возможные методы использования в фосфорной промышленности горючих и тепловых отходов.
Рациональное использование горючих н тепловых отходов в фосфорной промышленности должно прежде всего сочетать ся с задачей максимальной интенсификации основного произ водственного процесса, повышения его эксплуатационной на дежности.
Одностороннее внимание только к вопросам использова ния тепла горючих и тепловых отходов без первоочередного учета задач основного производства, как правило, приводит к незначительному положительному эффекту.
Приводимые в обзоре схемы и аппараты, как существую щие, так и вновь разрабатываемые, оцениваются прежде всего с точки зрения интенсификации основного фосфорного произ водства, улучшения технико-экономических показателей про цесса — его удельной и агрегатной производительности, экс плуатационной надежности.
Основное внимание в настоящем обзоре уделено вопросам энерготехнологического комбинирования в фосфорной про мышленности, внедрение которого позволит сделать заметный шаг в улучшении не только энергетической эффективности производства, но и значительно улучшит основные техноло гические показатели процесса.
При рассмотрении проблем энерготехнологического комби нирования был использован большой опыт, накопленный в различных отраслях промышленности, кафедрой огневой про мышленной теплотехники Московского энергетического ин ститута.
При подготовке книги были рассмотрены различные ма териалы, опубликованные до 1971 г.
Авторы выражают 'Признательность к. т. н. Белову В. Н. и научным редакторам книги к. т. н. Ершову В. А., инжене ру Хинкису М. Я. за высказанные рекомендации и замечания при редактировании обзора.
I. ВВЕДЕНИЕ
1. Общие положения и цель работы
Значительную часть в балансе любого производства зани мают энергетические затраты. Снижение энергетической со ставляющей в себестоимости конечного продукта немыслимо без использования всех внутренних резервов производства. В э т о і'і связи все большее значение приобретает использование горючих и тепловых отходов производства, а также создание и развитие энерготехнологпческих процессов.
Особенно актуально развитие этих проблем для химиче ской и нефтехимической промышленностей, где в силу ряда причин еще мало используются горючие и тепловые отходы производств и где очевидны значительные потенциальные воз можности создания комбинированных энерготехнологпческих процессов.
Современные химические производства, в которых исполь зуются большие массы сырья, топлива (которое для целого ряда химических производств является также и сырьем), воз духа, электрической энергии и воды обязывают наиболее пол но и экономически целесообразно применять все слагаемые современного производства, рационально использовать тепло экзотермических реакций процесса, преобразуя высвободив шуюся энергию в нужную для технологии форму. Наиболее полно эти требования могут быть осуществлены, в так назы ваемых, ЭНЕРГОТЕХНОЛОГПЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ.
Создание новых энерготехнологпческих процессов это наи более прогрессивная форма не только использования энерго ресурсов, но и всестороннего улучшения комплекса основных производственных показателей процесса путем аппаратурного сочетания в энерготехнологическом агрегате высокопроизво дительных энергетических и технологических аппаратов. По добное комбинирование позволит не только снизить расход топлива, но и повысить основные технологические показатели: удельную и агрегатную производительность, качество конеч ного продукта, длительность рабочей кампании.
Ü
Валено отметить, что при энерготехнологическом комбини ровании энергетика не является самоцелью, а только сред ством улучшения основных технологических показателей про цесса. Это может быть осуществлено только в сочетании с вы сокой энергетической эффективностью.
Необходимо иметь в виду, что в результате интенсифика ции процесса, сокращения технологических операций соответ ственно уменьшаются капитальные затраты, повышается про изводительность труда и улучшаются экономические показа тели производства в целом. При тех масштабах увеличения производства химических продуктов, которые .намечены пер спективными планами, даже небольшая экономия позволит в рамках всей отрасли получить значительный экономический эффект.
Энерготехиологпческпе процессы в настоящее время нахо дят все большее применение в химической промышленности, как у нас в стране, так и за рубежом. Например, под руковод ством акад. С. И. Вольфковича в НИУИФе по методу гидро термической переработки природных фосфатов создан и ус пешно освоен на Джамбулском суперфосфатном заводе
.энерготехнологический циклонный агрегат ЭТА-ЦФ-7Н для производства обесфторенных фосфатов на удобрения и кормовые средства (рис. 1).
Сегодня совершенно очевидно, что крупнотоннажные про изводства важнейших продуктов целесообразно осуществлять на основе энерготехнологии. Эту задачу успешно могут ре шить технологи совместно с энергетиками.
Наряду с внедрением энерготехнологических процессов, осуществление которых ведет к изменению самой технологии и, как правило, может применяться для вновь строящихся заводов, существует также возможность снижения энергоза трат и для действующих производств путем использования тепловых и горючих отходов.
Для этого не требуется столь радикальная перестройка производства, как для энерготехнологии, а необходима лишь частичная реконструкция действующего производства.
Под тепловыми отходами, или как чаще их именуют вто ричными энергоресурсами (ВЭР), здесь подразумевается вся сумма нетранспортабельных тепловых отходов производствен ных процессов, в которых на первом месте находится физиче ское тепло высокотемпературных продуктов, отходящих из основной рабочей камеры технологического агрегата (отходя щие газы, огненно-жидкий шлак).
/
Рис. 1. Общий вид энерготехнологического котельного агрегата ЭТА-ЦФ-7Н:
1 — |
плавильны й циклон; 2 — кам ера-сборник р а с |
||
плава: |
3 — ш лакосепаратор; 4 |
— пароперегрева |
|
тель; |
5 |
— водяной экономайзер; |
б — воздухоподо |
греватель; 7 — дробеочистка.
С тепловыми отходами не следует путать горючие отходы производства. Эти два понятия, несмотря на кажущуюся их идентичность отличны друг от друга. Совершенно несоизмери ма концентрация тепла в единице массы указанных тепловых и горючих отходов.
Так, например, 1 им3 отходящих дымовых газов при темпе ратуре 1000°С содержит физическое тепло в количестве при близительно 370 ккал, а 1нм3 горючего отхода фосфорной про мышленности — сбросной газ фосфорных печей, содержащий
8
свыше 80% окиси углерода, имеет теплоту сгорания приблизи тельно 2600 ккал. Неизмеримо большая концентрация тепла в горючих производственных отходах переходит в особое их ка чество — транспортабельность на значительные расстояния. Поэтому эти горючие производственные отходы следует счи тать искусственным органическим топливом и относить к кате гории первичных энергетических ресурсов.
Кроме горючих и тепловых отходов производства в хими ческой промышленности часто втречаются процессы сопро вождающиеся экзотермическими изменениями в перерабаты ваемом материале. При этом выделяется тепло, полезное ис пользование которого иногда может существенно улучшить технико-экономические показатели процесса. Так, например, при производстве термической фосфорной кислоты в процессе окисления 1 кг фосфора выделяется 5640 ккал тепла, т. е. по своей теплотворной способности фосфор близок к органиче ским топливам.
Многие отрасли промышленности, а химическая промыш ленность особенно, имеют большие возможности снижения себестоимости конечного продукта, увеличения его выпуска на тех же площадях путем использования горючих и тепловых отходов производства и внедрения знерготехнологических процессов.
Цель настоящей работы, показать на примере производ ства фосфора и его производных те преимущества, которые за ложены в энерготехнологических процессах и использовании тепловых и горючих отходов.
Бурное развитие производства минеральных удобрений требует нового качественного подхода к решению задач тех нического перевооружения фосфорной промышленности.
Комплексное решение вопросов полного использования ресурсов сырьевой фосфатной базы страны, сокращение стро ительства крупных энергетических блоков, потребных для по крытия энергетических затрат производства желтого фосфора, увеличение единичной производительности электротермиче ских печей на тех же площадях, утилизация тепла тепловых и горючих отходов производства, утилизация сгорания фосфора при термическом способе получения фосфорной кислоты, вот далеко не полный перечень задач, которые необходимо решить на современном этапе развития производства фосфора и его производных.
ЛЕННИИГИПРОХИМ.УНИХИМ, НИУИФ, ОКБ ЭТХИМ и ряд других институтов и конструкторских организаций ве
9
дут работу по внедрению в фосфорную промышленность но вых более экономичных схем, разрабатывают процессы в бо лее совершенном аппаратурном оформлении, модернизируют существующие технологические схемы с целью улучшения ка чества выпускаемой продукции, утилизации отходов производ ства, улучшения санитарных условии труда.
К таким процессам можно отнести энерготехнологический способ получения желтого фосфора, который разработан ОКБ ЭТХИМ совместно с институтами ЛЕННИИГИПРОХИМ, УНИХИМ, НИУИФ, МЭИ, ВНИИЭТО II др. и защищен автор скими свидетельствами.
Из тепловых и горючих отходов производства фосфора наи больший интерес представляет огненно-жидкий шлак и отхо дящий газ фосфорных печей, а также тепло сгорания фосфора при термическом способе получения фосфорной кислоты.
В данной работе на основе подробного изучения литера турного материала и проведенных исследований обобщены данные о состоянии фосфорной промышленности в СССР и за рубежом, намечаются пути ее дальнейшего развития. Рас сматриваются две возможности снижения энергетических затрат за счет:
1. Частичной реконструкции действующего производства
сцелью утилизации тепловых и горючих отходов.
2.Внедрения новых энерготехнологическнх процессов.
2. Современное состояние и перспективы развития фосфорной промышленности
Производство фосфора в нашей стране получило развитие только в годы Советской власти, но до 1963 года ограничива лось небольшими цехами на Пермском и Волгоградском за водах.
Фосфорная промышленность СССР цо масштабам произ водства и по технической оснащенности отставала от фосфор ной промышленности, таких промышленно развитых капита листических стран, как США, ФРГ и др.
Программа развития сельского хозяйства, выработанная XXIV съездом КПСС, предусматривает значительное увеличе ние производства минеральных удобрений в стране.
Пятилетним планом на 1971-1975 годы намечается рост производственных мощностей по фосфору к 1976 году в 4,4 ра за по отношению к уровню 1969 г.
іо
В 1968 году высокие темпы развития фосфорной промыш ленности позволили Советскому Союзу выйти на первое место в Европе и второе место в мире по производственным мощ ностям и увеличить выпуск фосфора за 1964—1968 гг. в 5,4 раза.
Если принять объем выработки желтого фосфора в 1964 г. за 100%, то динамика производства фосфора может быть представлена следующими цифрами, в %
1964 |
— 100 |
1967 |
— 457 |
1965 |
— 180 |
1968 |
— 540 |
1966 |
— 300 |
1969 |
— 840 |
Рост выработки желтого фосфора в указанный период до стигнут в основном за счет увеличения производства его на крупнотоннажных предприятиях, т. е. на Чимкентском фосфор ном заводе (ЧФЗ), Куйбышевском химзаводе (КХЗ), Джамбулском заводе двойного суперфосфата (ДЗДС). В настоя щее время суммарный выпуск фосфора на этих трех предпри ятиях составляет свыше 90%' от общего объема его производ ства в стране.
Рассматривая перспективы развития фосфорной промыш ленности, есть необходимость кратко осветить состояние и тен денции развития этой отрасли за рубежом.
Не только в Советском Союзе, но и во всем мире наблюда ется количественный рост выпуска фосфора. Мировая выра ботка фосфора с 814 тыс. т в 1965 году возросла до 879 тыс. т
в1967 г.
ВСША в самом крупном производителе элементарного фосфора все фосфорные заводы размещены вблизи источни ков фосфатного сырья и электрической энергии. Как и во всем мире, большая часть (около 90%) элементарного фосфора в США перерабатывается на термическую фосфорную кислоту, основная часть которой используется для производства тех нических фосфатов (более 60%'), главным образом фосфатов натрия и удобрений (примерно 20%’) в основном концентри рованных и сложных.
Следует отметить, что еще 10—15 лет назад в США удель ный вес термической фосфорной кислоты составлял незначи тельную часть в общем объеме производства фосфорной кис лоты. Это объясняется тем, что США обладают большими за пасами высококачественных фосфоритных руд, пригодных для производства фосфорной кислоты экстракционным методом и тем, что цены на серу в то время были довольно низкими.
Но примерно с 1965 г. на рынке стал ощущаться сильный недостаток серы, цена на которую за последние четыре года
11
удвоилась. Одновременно стала снижаться стоимость элек троэнергии. Все это способствовало быстрому развитию фос форной промышленности США. Мощность фосфорной про мышленности США в настоящее время составляет более 600 тыс. г в год. Намечается дальнейший рост производства элементарного фосфора и термической фосфорной кислоты. По литературным сведениям к 1975 г. производство элемен тарного фосфора в США достигнет 807 тыс. г, а термической фосфорной кислоты 1350 тыс. т
До последнего времени наша промышленность вырабаты вала фосфорные удобрения преимущественно в виде фосфат ной муки и суперфосфата, для чего использовалась главным образом экстракционная фосфорная кислота. В производстве технических солей потребляется преимущественно терми ческая фосфорная кислота.
Такая структура переработки фосфорита в нашей стране обусловлена тем, что его многотоннажное производство всту пило лишь в первую стадию своего развития. В дальнейшем по мере строительства новых фосфорных производств будет возрастать уже наметившаяся тенденция к увеличению вы пуска удобрений, в основном концентрированных и комплекс ных, на основе термической фосфорной кислоты. Предстоящие изменения обусловлены необходимостью удовлетворения ра стущих потребностей сельского хозяйства в фосфорных удоб рениях и характером фосфатно-сырьевой базы страны.
Как уже отмечалось, в США и странах Западной Европы основным способом производства фосфорной кислоты, все еще является экстракционный, что объясняется большими запаса ми высококачественных фосфоритных руд, пригодных для эк стракционной переработки. '
Совершенно иные условия для развития фосфорной про мышленности сложились в Советском Союзе, где главные месторождения промышленно-разведанного сырья, за исклю чением апатитового концентрата, в основной массе технически пригодны только для электровозгонкИ' фосфора. Например, если в США фосфориты, пригодные для экстракционной пере работки составляют 62%' от общих запасов фосфатных руд, то в СССР эта цифра составляет всего 33,5%>. Таким обра зом около двух третей всех ресурсов фосфатного сырья страны может быть переработано только электротермическим спосо бом. Перерабатываемых экстракционным способом апатитов не достаточно для удовлетворения нужд народного хозяйства. Этим объясняется необходимость резкого увеличения в бли-
12
экайшей перспективе производств фосфора и термической фосфорной кислоты.
Однако, себестоимость единицы продукта по электротер мическому способу в настоящее время выше, чем при экстрак ционном. Снижение себестоимости фосфора и термической фосфорной кислоты является большой и важной народнохо зяйственной задачей.