книги из ГПНТБ / Эйдензон М.А. Металлургия магния и других легких металлов учеб. пособие

бан, не прекращают подачу газа и воздуха в топку и отсос газов из барабана, пока из него не выйдет весь карналлит.

Процессы, протекающие во вращающейся печи

Сырой обогащенный карналлит, перемещаясь вдоль оси бара­ бана, постепенно нагревается встречным потоком горячих газов

итеряет воду, которая в виде пара удаляется с отходящими газами.

Вкачестве топлива применяют генераторный газ, природный горючий газ или мазут. Топливо и необходимый для его горения воздух (первичный) поступают в топочную камеру. Температура

топочных газов достигает 1200° С, поэтому их нельзя подавать

вбарабан печи без охлаждения, так как карналлит будет пла­ виться. Для снижения температуры топочных газов их разбавляют

всмесительной камере холодным вторичным воздухом. Смесь топочных газов и воздуха поступает из смесительной камеры в ба­ рабан и отсасывается из него дымососом.

Карналлит загружается в барабан с противоположного хо­ лодного конца и при вращении барабана передвигается по на­ правлению к топке. Перемещаясь вдоль барабана, карналлит поднимается полками перегребающего устройства и пересыпается сверху вниз, что улучшает контакт его с горячими газами и пред­ отвращает образование комков. Обезвоженный карналлит само­ теком выходит из «горячего» конца барабана и системой транспорт­ ных устройств перемещается на окончательное обезвоживание или в силосные башни для хранения. Температура обезвоженного карналлита, выходящего из барабана, 200—250° С.

Так как обезвоживание карналлита сопровождается гидроли­ зом, то в конечном продукте содержится окись магния, точнее — гидролизованный карналлит, а в отходящих газах — хлористый водород.

Карналлитовая пыль, увлеченная потоком газов, выходящих

из барабана, улавливается в циклоне. Количество пыли в нор­ мальных условиях не должно превышать 5—7% от массы загру­ женного кэрналлита. Пыль смешивают с обезвоженным карналли­ том и вместе с ним отправляют на окончательное обезвоживание с расплавлением. Однако такой способ использования пыли до­ пустим при условии, что содержание воды в смеси обезвоженного карналлита и пыли не превышает 10%. В противном случае воз­ никают осложнения на второй стадии обезвоживания: увеличи­ вается степень гидролиза и уменьшается скорость расплавления

иокончательного обезвоживания карналлита.

Втабл. 4 приведен примерный химический состав карналлита до и после первичного обезвоживания. В 1 м3 отходящих газов

вращающихся печей в среднем 'содержится 65 г водяного пара и 3 г хлористого водорода.

Производительность вращающейся печи прямо пропорцио­ нальна средней разности температур газа и карналлита, площади

30

соприкосновения газа и карналлита и обратно пропорциональна разности содержания воды в исходном и конечном продуктах, т. е. количеству тепла, необходимого для обезвоживания единицы массы карналлита. Поэтому основное влияние на производи­ тельность печи оказывают конструкция перегребающего устрой­ ства, а также значения скорости и температуры газов. При прочих одинаковых условиях производительность печи зависит от ее размеров: при одинаковой длине она прямо пропорциональна поперечному сечению печи. Для печи заданных размеров при постоянном содержании гидратной воды в загружаемом карналлите и постоянном температурном режиме производительность про­ порциональна скорости прохождения газов через печь. С увели­ чением скорости газов увеличивается пылеунос. Поэтому линей­ ную скорость газов в печи подбирают опытным путем так, чтобы пылеунос не превышал допустимой величины.3

3. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ВО ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ

Ниже приведены основные показатели работы вращающихся печей и нормы технологического режима.

31

При заданной производительности печи Нормальный техно­ логический процесс в ней поддерживается регулированием коли­ чества и температуры газов, поступающих в барабан. Температуру газов регулируют подачей топлива и первичного воздуха в топку и вторичного воздуха в смесительную камеру. Скорость газовч в барабане и разрежение в контрольных точках газоходов регу­ лируют изменением производительности дымососа. Регулирова­ ние может быть ручным и автоматическим.

Если температура входящих газов ниже 550° С, карналлит недостаточно обезвоживается. Чрезмерное повышение температуры газов на входе в печь и на выходе из нее приводит к расплавлению карналлита и превращению его в стекловидную, трудно обезво­ живаемую массу. Если температура выходящих газов ниже 100° С, то внутренняя поверхность барабана обволакивается сырым кар­ наллитом, что приводит к уменьшению свободного сечения бара­ бана и расстраивает работу печи. Пыль, увлекаемая отходящими газами, в этом случае очень влажная и поэтому налипает на стен­ ках циклона, отчего резко повышается сопротивление газового тракта и приходится останавливать печь на очистку. Кроме того, при понижении температуры отходящих газов из них конденси­ руется соляная кислота, которая разрушает дымососы и газоходы.

При обезвоживании карналлита в промышленной печи содер­ жание окиси магния, воды и прочих компонентов в обезвоженном карналлите отражает не только результат физико-химических превращений, протекающих в печи, но и влияние многих других факторов, связанных с конструкцией печи и режимом обезвожи­ вания, не поддающихся непосредственной оценке (местный пе­ регрев и более глубокое обезвоживание, усиленный гидролиз при оплавлении отдельных комков, увлечение обезвоженным кар­ наллитом некоторого количества сырого, осаждение частично обезвоженной пыли в барабане и т. п.).

Для печи определенных размеров при некоторых средних зна­ чениях скорости газов, состава и скорости загрузки карналлита и установившемся температурном режиме существует статисти­ ческая зависимость между содержанием окиси магния и остаточ­ ной воды в обезвоженном карналлите, которую определяют опыт­ ным путем (см. рис. 9). Контроль обезвоживания ведут по содержа­ нию окиси магния в обезвоженном карналлите, которое должно быть в пределах 1,7—2,0%, что приблизительно соответствует 8—10% остаточной воды (степень обезвоживания — около 90%).

На рис. 13 приведена упрощенная схема системы приборов автоматического контроля и регулирования технологического процесса во вращающейся печи для первичного обезвоживания карналлита. Задача автоматического регулирования работы печи состоит в автоматизации поддержания заданных теплового и газо­ динамического режимов печи (т. е. температуры и скорости газов, проходящих по барабану печи) при некоторой постоянной загрузке сырого карналлита в бара­ бан. Скорость загрузки карналлита устанавливают или по необходимости регу­ лируют путем изменения скорости питателя или положения шибера-задвижки на нем.

32

от заданной величины сигнал от измерителя разрежения — колокольного дифманометра типа ДК — поступает на вторичный показывающий и регистрирующий прибор ЭПИД (на схеме Э3). Встроенный в ЭПИД регулятор типа 04 (на схеме Р3) посредством пневмопривода изменяет положение дроссельной заслонки Д 3 иа газо­

ходе отходящих газов или направляющего аппарата дымососа, и разрежение вос­ станавливается до заданной величины.

Кроме приборов, составляющих системы автоматического регулирования, агрегат вращающейся печи оснащен рядом приборов, показания которых поз­ воляют в любое время оценить состояние процесса в печи и связанных с ней вспо­ могательных устройств. Для измерения давления воздуха и генераторного газа, поступающих в горелки, служат напорометры типа НМП (на схеме Н х и # 2).

Расходы газа н воздуха измеряются с помощью дисковых диафрагм и дифферен­ циальных манометров типа ДМ-7 в комплекте со вторичными показывающими и регистрирующими приборами типа ЭПИД (на схеме Э4 и Эъ). Температура в топке измеряется термопарой Т3 в комплекте с показывающим милливольтметром типа МПЩПр-54 (на схеме Э3). Кроме того, для контроля температуры в ркзных точках

газового тракта установлены термометры сопротивления типа ТСМ в комплекте с показывающим логометром ЛПР-53 с переключателем (на схеме не показаны).

При кратковременном прекращении подачи газа или воздуха в топку факел горелки гаснет и топка охлаждается. После возобновления подачи газа воздуха топка и печь могут 'оказаться заполненными взрывоопасной смесью газа и воз­ духа, которая взорвется при зажигании. Для предупреждения взрыва печь осна­ щают системой аварийной сигнализации и блокировки, которая закрывает отсеч­ ной клапан на газопроводе. При этом подача газа автоматически прекращается, и вновь включить ее можно лишь после устранения причины, вызвавшей аварий­ ное состояние.

Все транспортные средства для подачи сырого карналлита со склада в печь, а также приводы печи и транспортеров обезвоженного карналлита имеют аварий­ ную электрическую блокировку магнитных пускателей соответствующих элек­ тродвигателей. При аварийной остановке барабана печи или одного из транспор­ теров автоблокировка отключает двигатель всех предшествующих транспортных механизмов, и таким образом предотвращается дальнейшее развитие аварийного состояния.

4. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРВИЧНОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ КАРНАЛЛИТА В ПЕЧИ С «КИПЯЩИМ СЛОЕМ»

Метод «кипящего слоя» основан на пропускании через слой порошкообразного материала снизу вверх какого-либо газа. Мате­ риал находится на решетке с большим числом отверстий, через которые подается газ. При определенном перепаде давления ско­ рость движения газа через слой материала достигает десятков метров в секунду, вследствие чего частицы материала выбрасы­ ваются вверх.

По мере удаления от решетки скорость газа резко уменьшается и частицы материала, не поддерживаемые струей газа, опускаются. Материал в слое приходит в состояние, напоминающее кипение жидкости (отсюда название «кипящий слой»).

На рис. 14 показана зависимость перепада давления Ар в слое от скорости v газа. Участок АВ кривой характеризует постепен­ ное увеличение перепада давления в неподвижном фильтрующем слое материала, отрезок BCD отвечает небольшому расширению

34-

нейшем увеличении скорости газа и прекращается,• когда скорость достигает некоторого предельного значения vv При этом частицы материала начинают витать и уносятся потоком газа, а перепад давления резко уменьшается.

Для однородного (по крупности зерен) материала скорость газа, при которой начинается «кипение», намного меньше ско­ рости, отвечающей витанию. В реальных условиях в любом из­ мельченном материале содержатся зерна разных размеров и поэ­ тому при «кипении» основной массы материала некоторая доля его уносится потоком газа. Для уменьшения пылеуноса необхо­ димо, чтобы материал был по возможности однородным по величине

к обезвоживанию карналлита процесс в «кипящем слое» был все­ сторонне изучен. В результате комплекса лабораторных, проект­ ных и опытно-промышленных исследований были разработаны и внедрены в промышленность конструкция печи и технология

собой шахту из стального листа, футерованную изнутри огне­ упорным кирпичом на высоту «кипящего слоя» и теплоизолиро­ ванную снаружи. Газораспределительная решетка изготовлена из толстых стальных плит с отверстиями, в которые вставлены чугунные колпачки с отверстиями. Назначение газораспреде­ лительной решетки — равномерное распределение греющих га­ зов по сечению печи. Колпачки препятствуют провалу карналлита через отверстия в решетке. Пространство между подиной печи и газораспределительной решеткой разделено щитами на три секции — газораспределительные камеры. К каждой из них примыкает топка, в которой сжигается горючий газ — генератор­ ный или природный. Топка оборудована горелкой для сжигания1

3:

газа и имеет смесительную камеру, в которую поступают продукты сгорания и вторичный воздух.

Пространство над газораспределительной решеткой (рабочая зона печи) разделено вертикальными перегородками на три ра­ бочие камеры — по числу топок. Вторая камера разделена пере­ городками на три, а третья — две полукамеры, так что рабочее пространство печи разделено перегородками на шесть секций — полукамер. В перегородках имеются окна, через которые карнал-

7-7

Рнс. 15. Схематический разрез печи для обезвоживания карналлита

в«кипящем слое»:

/— кожух; 2 — теплоизоляция; 3 — футеровка; 4 —газораспределитель­ ная подина; 5 — щиты; 6 — перегородка; 7 — забрасыватель; 8 — выпуск­ ная течка; 9 — вход топочных газов; 10 — выход отходящих газов

лит последовательно перетекает по полукамерам от загрузочного отверстия до разгрузочного. Высота перегородок и расположение переточных окон в них подбираются такими, чтобы обеспечить зигзагообразное движение карналлита от загрузки к выгрузке, равномерное нагревание его в каждой полукамере и предотвратить попадание более обезвоженного карналлита в камеру с менее обезвоженным.

Для равномерной подачи карналлита в печь служит вращаю­ щийся забрасыватель со щетками. Подина имеет уклон 2—3°, что обеспечивает перемещение крупных фракций карналлита и ока­

складе и оттуда системой транспортных устройств перемещается в расходный бункер под печью. Из расходного бункера карналлит

36

системой питателей подается к разбрасывателю, котбрым непо­ средственно загружается в первую камеру печи КС.

Газ из распределительного устройства на газопроводе при­ родного газа поступает в топку. Первичный и вторичный воздух подают воздуходувкой соответственно в топку и смесительную камеру. Смесь продуктов сгорания и вторичного воздуха — теп­ лоноситель — поступает через газораспределительную решетку

На газоочистку

Рнс. 16. Аппаратурно-технологическая схема обезвоживания карналлита в печи К.С:

I — забрасыватель; 2 — печь; 3 — топка с камерой смешения; 4 — циклон; 5 — транспортер; 6 т- бункер; 7 — пневмонасос

ц колпачки в рабочие камеры печи, в слой карналлита и перево­ дит его в псевдоожиженное состояние — «кипение».

Обезвоженный карналлит выходит из печи через переливной порог, затем подается скребковым транспортером в бункер, а оттуда системой пневматического транспорта перемещается в за­ пасные силосы.

Отходящие газы вместе \с увлеченной ими пылью проходят через четыре циклона. Из первых трех циклонов пыль возвра­ щается в следующую по ходу камеру печи. Пыль из последнего циклона смешивается с товарным обезвоженным карналлитом, так как она близка к нему по составу. Отходящие газы, освобожден­

ные от пыли, отсасываются дымососом и поступают на газоочистку . I

37

Пуск и остановка печи КС

Перед пуском печи тщательно проверяют ее состояние, особенно исправность горелок, чистоту газораспределительной решетки, уплотнение люков и соединений. На холостом ходу проверяют все транспортные устройства и затем загружают в печь некото­ рое количество обезвоженного карналлита для создания перво­ начального слоя. Включают систему отсоса отходящих газов и воздушное дутье, проверяют «кипение» на холодном ходу. Анали­ зируя воздух в топке, убеждаются в отсутствии взрывоопасной смеси, после чего проверяют работу электрических запальников. Зажигают газ в запальнике при закрытых заслонках первичного

ивторичного дутья и после появления факела подают газ на основную горелку, одновременно включая воздушное дутье. Постепенно увеличивают расход газа и воздуха до тех пор, пока температура в топке не достигнет 800° С. В таком же порядке зажигают газ во всех топках. Газовый тракт разогревают в те­ чение 1—1,5 ч и, перекрыв обводные газоходы, направляют то­ почные газы через газораспределительную решетку, «поднимая» слой карналлита.

Когда во всех камерах установится нормальное «кипение», начинают загрузку сырого карналлита, доводя ее до положенной в течение четырех часов. Одновременно, регулируя подачу газа

ивоздуха в топки, устанавливают нормальный температурный ре­ жим (см. с. 39).

Перед остановкой печи необходимо выгрузить из бункера сы­ рой карналлит и прогреть карналлит в первой камере до 160— 180° С. Затем следует прекратить подачу газа и охладить печь

воздухом в течение 1— 1,5 ч, после чего прекратить подачу воз­ духа, а через час отключить отсос газов и остановить транспортные механизмы.

Процессы, протекающие в печи КС

Карналлит, загруженный в первую камеру, последовательно проходит через все. камеры, находясь в состоянии «кипения», в тесном контакте с греющими газами (теплоносителем).

Скорость обезвоживания или, другими словами, производи­ тельность печи определяется при данных ее размерах и содержа­ нии свободной и связанной воды в карналлите температурой и расходом газа-теплоносителя, т. е. его количеством, поступающим

вкамеры за единицу времени. Температуру газа-теплоносителя, поступающего в ту или иную газораспределительную камеру, под­ держивают с таким расчетом, чтобы температура в слое карналлита

вкаждой рабочей камере была в пределах, при которых преиму­ щественно-протекают процессы: в первой камере — подсушка

карналлита, во второй — превращение шестиводного карналлита в .двухводный и в третьей— дегидратация двухводного карналлита:

38

Расход газа определяется его допустим, й скоростью в свобод­ ном сечении газораспределительной решетки. Скорость выбирают такой, чтобы обеспечить хорошее «кипение» карналлита при дан­ ной толщине слоя, не допуская пылеуноса выше приемлемой ве­ личины. Оптимальная линейная скорость газов составляет в сред­ нем 0,7 м/с, причем в отдельных камерах она может быть несколько больше или меньше средней величины. Толщина «кипящего слоя» зависит от высоты переливного порога и находится в пределах

1,0—-■1,3 м.

По существу процессы в печи КС не отличаются от процессов, протекающих во вращающейся печи. Однако в печи КС отдельные стадии обезвоживания пространственно ограниченны. Обезво­ живание в каждой камере печи КС протекает при стабильной и предельно низкой для данной стадии процесса температуре.

Как отмечалось выше, работа печи КС характеризуется хоро­ шим контактом карналлита с газом-теплоносителем и соответ­ ственно высокой теплопередачей.

5. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА В ПЕЧИ С «КИПЯЩИМ СЛОЕМ»

Ниже приведены основные нормы и показатели технологи­ ческого процесса первичного обезвоживания карналлита в печи КС.

Постоянство заданного технологического режима в печи КС (температура в пространстве под газораспределительной решет­ кой, общий расход воздуха при заданной скорости загрузки кар­ наллита) поддерживается соответственно тремя системами авто­ матической стабилизации.

Упрощенная принципиальная схема системы автоматического контроля и регулирования технологического процесса в печи КС приведена на рис. 17. Для. контроля и регулирования температуры в пространстве под газораспредели­

39