книги из ГПНТБ / Розенберг Е.Х. Горючие, тепловые отходы и энерготехнологическое комбинирование в фосфорной промышленности

И. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГОРЮЧИХ И ТЕПЛОВЫХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Потребление энергоресурсов в химической промышленности

Химическая промышленность является одной из наиболее быстро развивающихся отраслей. Особенно быстро развивает­ ся производство минеральных удобрений, в том числе и фос­ форных. Ускоренное развитие химии вызывает пропорцио­ нальный рост энергопотребления. По потреблению энергии химическая промышленность занимает третье место в народ­ ном хозяйстве (после черной и цветной металлургии).

Рост потребления энергоресурсов в химической промыш­ ленности показан в таблице 1

Особенностью развития энергетики в химической промыш­ ленности является то, что около одной трети тепловой энергии вырабатывается от собственных ТЭЦ и котельных.

Снижение энергозатрат за счет рационального использова­ ния горючих и тепловых отходов производств в настоящее время является важнейшей задачей на предприятиях хими­ ческой промышленности. Общие потери тепла с отходами про­ изводства в масштабе народного хозяйства достигают около 100 млн г/год условного топлива, что составляет приблизи­ тельно четверть от промышленного энергетического баланса страны.

Приведенные цифры показывают, насколько велико зна­ чение горючих и тепловых отходов в топливном балансе страны и в частности для предприятий химической промыш-

14

циальных теплообменниках через охлаждаемую водой стенку. Предварительные расчеты показали, что наряду с сокращени­ ем количества загрязненных сточных вод примерно в 5 раз, при «сухой» конденсации возможно полезно использовать

360000 тР., тепла.

Что касается тепла отходящих газов машин для обжига фосфорита, температура которых колеблется в пределах 100—200°С, то их нельзя рассматривать как тепловой отход, первоочередное использование которого экономически целе­ сообразно.

Теплотворная способность горючих отходов производства

•определяется концентрацией в них горючих компонентов. Так, теплотворная способность отходящих газов фосфорных печей

в основном определяется содержанием окиси углерода. Температурный уровень, количественная концентрация,

периодичность поступления основных отходов фосфорного производства приведены в таблибе 2.

Как видно из данных в таблице 2 количественные и каче­ ственные характеристики, определяющие экономическую целе­ сообразность использования горючих и тепловых отходов про­ изводства фосфора являются благоприятными.

Т а б л и ц а 2

Примерные параметры горючих и тепловых отходов фос­ форного производства (для завода производительностью 260 000 т фосфора в год)

Н* — непрерывное поступление

Для конкретной оценки горючих и тепловых отходов про­ изводства фосфора и его производных необходимо совместно рассмотреть расход топлива и возможные источники горючих и тепловых отходов производства для завода производитель­ ностью 260 000 т фосфора в год.

Данные по такому заводу приведены в таблице 3.

16

Т а б л и ц а 3

Горючие и тепловые отходы производства и потребления топлива (для фосфорного завода производительностью

* — величина приближенная, вычисленная при принятом коэффи-' Ціі-іенте полезного действия электрической станции равной 0,3.

Как видно из таблицы 3, горючие и тепловые отходы про­ изводства составляют около 35% от расхода топлива на теп­ ловые и энергетические нужды фосфорного завода. При 60—70-процентном уровне использования тепла горючих и тепловых отходов производства, который вполне может быть достигнут, завод снизит расход топлива более чем на 20—25%'. Использование только на 60%' химического тепла сгорания отходящих газов для выработки технологического пара поз­ волит полностью удовлетворить потребность завода в паре, что, помимо экономии 150 000 т год условного топлива, позво­ лит значительно улучшить санитарное состояние завода.

Гсс. публичная

научно-техническая

библиотека СССР

Низкая степень использования горючих и тепловых отхо­ дов на фосфорных предприятиях, несмотря на рассмотренные выше объективные показатели для эффективного их исполь­ зования, объясняются рядом причин.

В данном разделе обзора рассмотрены горючие и тепло­ вые отходы производста, проанализированы причины, опреде­ ляющие существующий низкий уровень их использования, опи­ саны принципиально возможные направления утилизации от­ ходов и дан анализ этим направлениям.

2. Отходящие газы фосфорных печей

Одной из актуальных проблем действующего фосфор­ ного производства является проблема полезного использова­ ния химического тепла печных газов. Учитывая темпы роста фосфорной промышленности, в 1975 г. экономия от использо­ вания печного газа, как топлива приблизительно может со­ ставить около .миллиона тонн в год условного топлива.

В странах с высокоразвитой фосфорной промышленно­ стью — США, ФРГ и другие, наметилась тенденция исполь­ зования отходящих газов фосфорных печен как топлива. Ча­ ще всего печные газы поступают в газовые компрессоры и после дополнительной промывки и охлаждения направляются в распределительную сеть завода и используются для агломе­ рации фосфорита, сушки флюса и кокса. Это позволяет полу­ чать более дешевый фосфор, т. к. сокращаются затраты на топливо. В СССР на действующих заводах печной газ сжига­ ется без утилизации в факелах. Только на недавно построен­ ном Чимкентском фосфорном заводе, а также на всех вновь проектируемых фосфорных заводах предусмотрено частичное использование печного газа на технологические нужды в топ­ ках машин для обжига фосфоритов и агломерации мелочи, а также для сушки кварцита и кокса.

Как известно, отходящие газы и пары фосфора образуются при восстановлении природного фосфорита углеродом в электротермических печах при высокой температуре. После конденсации фосфора отходящие газы содержат 80—90% оки­ си углерода, 0,2—1% водорода, 0,01— 0.1% фосфина, 0,1 — 0,3% сернистого водорода, 1—3% двуокиси углерода, 2—3% паров воды, 8—10% азота и 0,2 г/нм3 фосфора. Низшая тепло­ творная способность газов 2500—2600 ккал!нм3. На тонну то­ варного фосфора образуется 2700 имъ печного газа. Попытки перевода топливонспользующего оборудования на печной газ закончились неудачно из-за наличия в них паров фосфора и

18

фосфина, что вызывает сложность транспортировки газа по межцеховым трубопроводам и высокую его коррозионную активность. Подробнее о трудностях использования печного газа сказано ниже, здесь лишь отметим, что только Чимкент­ ский фосфорный завод от ежегодного сжигания печного газа в факелах терпит убытки до. 600 тыс. руб. в год (при работе четырех печен). В общем случае химическое тепло отходящих газов может быть использовано как для производства пара, так и для замены природного топлива, сжигаемого в техноло­ гических аппаратах.

Выбор оптимальных направлений по утилизации тепла сго­ рания печных газов зависит от структуры теплового баланса данного предприятия, требований технологии, характеристик теплоносителя. Поэтому целесообразно в общем виде опреде­ лить эффективность каждого из возможных направлений по использованию химического тепла сжигания отходящих газов фосфорных печей.

Рассмотрим некоторые варианты использования печного газа.

Использование печного газа как топлива для технологиче­ ских нужд. Использование печного газа как топлива на тех­ нологические нужды запроектировано для всех недавно по­ строенных и строящихся фосфорных заводов.

В этом случае печной газ подается всем потребителям тех­ нологического топлива, а его избыток сжигается без утилиза­ ции в установке сжигания избытка газов. Заводская котельная работает на природном газе, или пар приобретается с близ­ лежащей ТЭЦ. Ниже в таблице 4 приведено распределение печного газа по потребителям на Джамбулском заводе двой­ ного суперфосфата. Часовая выработка печного газа на за­

Использование печного газа по такой схеме имеет ряд су­ щественных недостатков.

Прежде всего из-за разобщенности производств, требуется сооружение эстакад значительной протяженностью с трубо­ проводами диаметром до 1200 мм. Трубопроводы печного газа оборудуются специальной системой дренажа фосфоро­ содержащего конденсата с установкой сборников для его сброса и перекачки. При этом вся система газопроводов дол­ жна обогреваться, продуваться инертным тазом и промываться горячей водой с предварительной пропаркой. Для транспорти­ ровки фосфоросодержащего конденсата необходима про-

19

кладка дорогостоящих трубопроводов из нержавеющей стали. Из-за трудностей эксплуатации трубопроводов печи-юго газа к потребителям до последнего времени не попользуются отхо­ дящие газы фосфорных печей на Чимкентском фосфорном за­ воде. Кроме того, при использовании печного газа на техно­ логические нужды, более 20% его не находят применения и сжигаются без утилизации в установке сжигания избытка газа, что нельзя признать нормальным с точки зрения исполь­ зования энергоресурсов.

Энергетические затраты на одну тонну фосфора при ис­ пользовании печного газа как топлива на нужды технологии составляют 201,18 руб. и приведены в таблице 5.

Т а б л и ц а 5

Энергетические затраты в себестоимости тонны фосфора при использовании печного газа на нужды технологии

20

Использование печного газа, как топлива в заводской ко­ тельной для выработки технологического пара. В этом случае весь печной газ подается в заводскую котельную для выра­ ботки технологического пара, а на нужды технологи« расхо­ дуется природный газ. Заводская себестоимость одной тонны пара при этом составит 0,74 руб, а энергетические затраты, -приведенные в таблице 6 на одну тонну фосфора 202,85 руб.

Таблица 6

Энергетические затраты в себестоимости тонны фосфора при использовании печного газа для выработки техноло­ гического пара

к резкому сокращению протяженности трубопроводов для его транспортировки.

Отрицательной стороной варианта использования печного газа, как топлива в котельной является то, что значительная часть печного газа (в летний период до 50 %) остается не­ использованной, из-за ограниченной заводской потребности в паре.

Недостатком рассматриваемого варианта следует считать и тот факт, что работа технологического оборудования на при­ родном газе не освобождает от необходимости санитарной очистки продуктов сгорания перед выбросом их в атмосферу.

Как видно из таблиц. 5 и 6 энергетические затраты на тонну фосфора по обоим вариантам находятся на одинаковом уровне и обе схемы страдают одним общим недостатком — неполным использованием печного газа.

В этой связи следует рассмотреть еще две возможные схемы использования печного газа, а именно: схему исполь­ зования газа на нужды технологии и выработку технологиче­

21

ского пара, а также схему использования печного газа для производства электроэнергии. Эти варианты отличаются от двух первых полным использованием печного таза.

Использование печного газа на нужды технологии и выра­ ботку пара на производство. В этом варианте, учитывая труд­ ности транспортировки печного газа и сложность эксплуата­ ции межцеховых трубопроводов, в цехах удаленных от печного цеха (например, цех триполифосфата натрия на ЧФЗ), а также в аппаратах с малым расходом топлива (например, электрофильтры) используется природный газ. Как топливо на технологию печной газ целесообразно использовать только в отделениях расположенных в непосредственной близости от печного цеха и потребляющих не менее 10 — 15% от общей выработки печного газа. Такими потребителями являются отделения прокалки кускового фосфорита, агломерации ме­ лочи и сушильное. Как видно .из таблицы 4 потребление этих отделений составляет 60% от заводской выработки печного газа. Оставшиеся 40% газа направляются в заводскую котель­ ную для производства пара иа нужды технологии. При ис­ пользовании тепла сгорания печного газа в котлах с коэффи­ циентом полезного действия 85% котельная будет вырабаты­ вать около 135 г/час пара, или 4,5 тиара на тонну фосфора. Ввиду того, что на одну тонну фосфора требуется 6,3 тпара, в котельной для достижения необходимой производительности следует сжигать смесь печного и природного газа. Подсветка природного газа в количестве 3900 нм31час обеспечивает пол­ ное удовлетворение в паре завода производительностью 260 000 тфосфора в год. Заводская себестоимость одной тонны пара при этом равна 0,97 руб. Энергетические затраты, приве­ денные в таблице 7 на одну тонну фосфора, составят при этом 197,3 руб.

Наряду с полным использованием отходящего газа, к по­ ложительным сторонам рассматриваемого варианта следует отнести и улучшение условий сжигания печного газа, а также легкость регулировки сезонных нагрузок за счет подсветки природным. Отрицательной стороной является наличие не­ скольких потребителей печного газа, что увеличивает протя­ женность трубопроводов для транспортировки газа. С целью достижения минимальной протяженности трубопроводов рас­ смотрим схему использования печного газа для производства электроэнергии.

22