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

-с учетом вспомога­

Э =[(С 1+0,15Кі) —(Са+ 0,І5К2)] - В= 12,0 млн. руб.,

где Сі + 0,15Кі — приведенные затраты на тонну желтого фос­ фора, полученного электротермическим ме­ тодом (500,85 груб.);

С2+0,15К2 — приведенные затраты на тонну желтого фос­ фора, полученного энерго-технологическим методом (454,23 руб.);

В — объем производства желтого фосфора

(260 000 т).

Исходя из приведенных технико-экономических показате­ лей дальнейшее совершенствование энерготехнологичеокого метода должно вестись в следующих направлениях:

1.Сокращение объема капитальных вложений в утилиза­ цию тепла, отходящих из циклона, продуктов сгорания газо­ образного топлива.

2.Выбор рациональной схемы утилизации'фтора с получе­

нием дефицитного продукта и с низкими капитальными вло­

жениями.

3. Создание энерготехнологических процессов получении желтого фосфора с комплексным использованием сырья,

64

то есть использование как фосфоритной мелочи, так и руды товарного класса без их предварительного передела.

Это позволит использовать в энерготехнологическом про­ цессе всю фосфоритную руду, добываемую на горно-химиче­ ских комбинатах. Если использовать в энерготехнологическом процессе одну добываемую мелочь, ее количества будет доста~ точно только для обеспечения сырьем двух фосфорных заво­ дов мощностью 260 000 т фосфора в год.

4.Сокращение количества отходящих из циклона фторо­ содержащих газов, что должно удешевить и упростить утили­ зацию тепла этих газов, а также их очистку от фтора.

5.Совершенствование аппаратурного оформления энерго­ технологииеокого процесса получения желтого фосфора.

Вэтой связи рассмотрим ряд энерготехнологических схем, отличительной особенностью которых является то, что тепло уходящих из циклона продуктов сгорания используется не на выработку пара энергетических параметров, а на термическую обработку, используемой в процессе, шихты.

4. Энерготехнологические схемы получения желтого фосфора с подогревом шихты

На рис. 18 представлена энерготехнологическая схема по­ лучения желтого фосфора с 'Использованием тепла отходящих из циклона газов на нагрев фосфоритно-кремнистой мелочи.

Существо процесса заключается в следующем: готовая шихта класса 0—0,2 мм из шихтового бункера питателем по­ дается во вторую по ходу газов ступень подогревателя шихты, где подогревается до температуры 600—700°С. Выделенный в пылеуловителе материал направляется в первую по ходу газов ступень подогревателя, где окончательно нагревается до температуры 900—1100°С. Материал, отселарировэнный в пылеуловителе, подается в плавильное устройство энерготех­ нологического агрегата. Энерготехнологичеокий агрегат со­ стоит из плавильного циклона и электротермической печи. Схе­ ма конденсации фосфора та же, что и при энерготехнологичееком способе получения желтого фосфора с выработкой элект­ роэнергии. Продукты сгорания после пылеуловителя первой

ступени подогревателя с температурой около 1000°С направля­

ются в пароперегреватель на перегрев, образовавшегося от охлаждения гарниссажных поверхностей циклона, пара. Полу­ ченный перегретый пар может быть использован для выра-

65

Шихта

Рис. 18. Энерготехнологическая схема получения желтого фос­ фора с подогревом шихты:

богки электроэнергии. Пройдя пароперегреватель, продукты сгорания попадают в воздухоподогреватель и оттуда с темпе­ ратурой 280—320°С направляются на очистку. Из воздухо­ подогревателя воздух, нагретый до температуры 600°с! по­ дается в циклон для сжигания топлива.

Следует отметить, что подобная схема утилизации тепла от­ ходящих газов, по сравнению со схемой с выработкой элек­ троэнергии, позволит уменьшить расход топлива на приготов­ ление расплава более чем в два раза.

Но общий коэффициент использования тепла (топлива) будет даже несколько ниже, чем при энерготехнологическом способе с выработкой электроэнергии из-за больших потерь тепла с уходящими газами. Это видно из представленной на рис. 19 диаграммы тепловых потоков энерготехнологического способа получения желтого фосфора с подогревом шихты;

66

Рис. 19. Диаграмма тепловых потоков при по­ лучении желтого фосфора энерготехнологическнм способом с подогревом шихты:

От — тепло, внесенное с топливом в ци к­

ло эндотерм ической реакции восстановле­

Преимуществом этого способа является простая схема утилизации тепла отходящих газов, значительное снижение расхода топлива на процесс плавления, при этом значительно снизятся затраты на очистку продуктов сгорания от фтора. К недостаткам можно отнести повышенную запыленность про­ дуктов сгорания и сложность использования образовавшегося пара для выработки электроэнергии на электрической стан­

67

ции, которая может быть расположена от фосфорного завода на значительном расстоянии.

Второй рассматриваемый энерготехнологический способ получения желтого фосфора отличен от предыдущего тем, что в качестве фосфоросодержащего сырья в нем используется 70% кусковой руды и 30%' мелочи. То есть полностью используется вся добываемая руда без ее предварительного измельчения.

На рис. 20 представлена схема рассматриваемого способа.

Рис. 20. Энерготехнологическая схема получения жел­ того фосфора с комплексным использованием сырья:

1 — плавильны й циклон; 2 — когш лы ш к расплава

Фосфоритная мелочь вводится в аппарат взвешенного слоя, где нагревается до температуры 600—700°С. После нагрева мелочь питателем направляется в плавильный циклон энерготехпологичес'кого агрегата, где обрабатывается до состояния расплава. Расплав іиз плавильного устройства через переток попадает в электротермическую печь, в которую загружается предварительно прошедшая термическую обработку кусковая руда, а также кварцит и кокс в необходимом количестве. Ме­ лочь кокса может вдуваться в печь инертным газом через специальные фурмы или полый электрод.

68

Восстановление фосфора в печи, таким образом, происхо­ дит под слоем шихты, что значительно облегчает условия работы свода печи и позволяет обойтись без охладителя печ­ ных газов. Схема конденсации фосфора такая же как и в электротермическом способе. Подогрев мелочи и термическая обработка куска осуществляется за счет использования тепла отходящих из циклона продуктов сгорания. Продукты сгора­ ния, покидая плавильное устройство, охлаждаются радиаци­ онными поверхностями форкамеры, входящей в контур цир­ куляции плавильного устройства, до температуры 1300 — 1400°С и попадают в радиационный рекуператор, где нагре­ вают воздух, идущий на горение в плавильный циклон, до температуры 500—600°С. Из рекуператора дымовые газы выходят с температурой 1000—1050°С и 70—75% их ндет в шахтную щелевую печь на обжиг кускового фосфорита, за­ гружаемого в последствии в шихтовой бункер. Остальная часть продуктов сгорания направляется в аппарат взвешен­ ного слоя на нагрев мелочи.

Уходящие из шахтной щелевой печи и аппарата взвешен­ ного слоя дымовые газы с температурой 250—300°С направ­ ляются на очистку от фторосодержащих газов перед выбросом- в атмосферу. Следует отметить, что при использовании в ка­ честве топлива в плавильном циклоне печного газа', продукты сгорания будут содержать незначительное количество фтори­ стых соединений. Это и то, что продуктов сгорания отходящих из циклона более чем в три раза меньше, чем при энерготех­ нологическом способе получения фосфора с выработкой элек­ троэнергии, позволит значительно сократить сооружения для очистки продуктов сгорания.

К отмеченным преимуществам можно отнести и то, что этот способ не требует проведения больших исследований и является наиболее подготовленным из всех энерготехнологи­ ческих способов к опытно-промышленному внедрению, ибо он максимально приближен к традиционному электротермиче­ скому способу, а такие аппараты, как циклон и рекуператор прошли стадию промышленного оовоения. На рис. 21 изобра­ жена диаграмма тепловых потоков энерготехнологичеекого способа получения желтого фосфора с комплексным исполь­ зованием сырья.

Как видно из диаграммы, с точки зрения тепловой эффек­ тивности, этот способ экономичнее электротермического и коэффициент использования тепла (топлива) равен:

69

70

Комплексное использование фосфатного сырья с исполь­ зованием тепла отходящих из плавильного агрегата газов на предварительную термическую обработку шихты можно осу­ ществлять в энерготехнологических агрегатах конвертерного типа.

Рис. 22. Энерготехнологический агрегат конвертер­ ного типа для получения желтого фосфора:

бан котла; 14 — нижний коллектор котла; 15 — летка для слива плава из плавильной части.

71

На рис. 22 показан энерготехнологический агрегат конвер­ терного типа для получения желтого фосфора.

Конвертер разделен па две зоны — плавильную и восста­ новительную, посредством ширимы с отверстием в нижней ча­ сти для перетока расплава из плавильной части в восстанови­ тельную.

Поскольку ванна расплава в плавильной и восстановитель­ ной части конвертера интенсивно продувается, возможен уско­ ренный износ футеровки. Для предотвращения износа футе­ ровки стены конвертера выполнены из элементов испаритель­ ного охлаждения, на которых образуется гарниосаж. Пар, образованный в элементах испарительного охлаждения, соби­ рается в барабане котла. Загрузка кусковой фосфатно-крем­ нистой смеси осуществляется в плавильную часть конвертера сверху. Мелкие фракции шихты вдуваются под слой расплава через специальные фурмы. Плавление шихты осуществляется за счет сгорания в погружных горелках газообразного топ­ лива. Расплав перетекает в восстановительную часть конвер­ тера через отверстие в ширме. Подвод тепла, необходимого для восстановления фосфора, осуществляется либо за счет сжигания под слоем расплава в восстановительной части кон­ вертера газообразного топлива, либо за счет электрической энергии. Восстановитель вдувается в расплав через специаль­ ные фурмы, установленные в стенах восстановительной части конвертера.

Продукты сгорания из плавильной части конвертера на­ правляются во вращающийся барабан, или шахтную печь для нагрева кусковой шихты. Подогрев шихты перед подачей ее в плавильную часть конвертера, позволит значительно сокра­ тить количество природного газа, необходимого для приготов­ ления расплава. В результате уменьшится количество отхо­ дящих из циклона продуктов сгорания природного газа, что снизит капитальные затраты для их очистки от фтора.

Другим направлением снижения удельных расходов топ­ лива на процесс плавления шихты в энерготехнологическом процессе, является обогащение дутьевого воздуха кислородом с доведением содержания его в дутье вместо обычных для атмосферного воздуха 21% до 25%' и выше. Обогащение воз­ духа кислородом, например, до 40%', приводит к снижению расхода топливе на плавление шихты в среднем на 30%. Кроме того, как видно из рис. 23, при доведении содержания кислорода в воздухе до 40%! количество азота V в продуктах сгорания природного газа снижается с 7,5 до 3 м31м3. Сниже-

72

нме удельных расходов топлива и сокращение количества азо­ та, являющегося балистом в процессе горения, приводит к

Рис. 23. Снижение количества про­ дуктов сгорания при обогащении дутьевого воздуха кислородом.

уменьшению выноса тепла с уходящими из плавильной камеры газами за счет их сокращения более чем вдвое. Это позволит резко сократить капиталовложения в системы утилизации тепла отходящих газов и их очистки от фтора. Кроме того, обогащение воздуха кислородом до 40% повышает концентра­ цию фтора в продуктах сгорания более чем вдвое, что должно упростить технологию улавливания фтора. Следует отметить, что поскольку выделяющееся тепло при сгорании природного газа приходится на меньшее количество продуктов сгорания растет калориметрическая температура горения. Это должно интенсифицировать теплообменные процессы, происходящие в циклонной -камере.

Дутье, обогащенное кислородом, уже давно применяется во многих теплообменных процессах-с высоким температурным уровнем. Снижение себестоимости кислорода позволит рас­

73