Технологическая схема производства извести и диоксида углерода
В содовом производстве необходимо обеспечить высокую концентрацию СО2 в газе известковых печей, концентрация зависит от удельного расхода топлива, что в свою очередь зависит от величины потерь тепла в известковой печи, которые необходимо сводить к минимуму (например с отходящими газами).
Данным требованиям оптимально отвечает известковая печь шахтного типа. В вертикальную шахту такой печи сверху загружают карбонатное сырье в смеси с топливом, а снизу подают воздух, необходимый для сгорания топлива. Горячие газы, нагретые в зоне обжига до 1200 – 1300 °С и уходящие из нее при температуре около 900 °С, поднимаясь вверх, к выходу из печи, встречают на своем пути загружаемую в печь холодную шихту и нагревают ее до температуры воспламенения топлива, а сами охлаждаются до 100 – 200 °С. С другой стороны, горячая известь, вышедшая из зоны обжига при температуре около 900 °С, при движении вниз, к выгрузке, встречает подаваемый в печь воздух и, нагревая его, сама охлаждается. В производстве соды газ известковых печей отсасывают компрессорами, которые затем нагнетают его в карбонизационные колонны. Сама известковая печь работает под давлением дутья воздуха, подаваемого вентиляторами снизу, что предохраняет ее от подсоса воздуха через неплотности загрузочного механизма (от разбавления газа). Кроме того, давление в печи облегчает сброс излишков газа в атмосферу через выхлопную трубу, и производительность компрессоров выше при давлении, чем при вакууме.
Выходящий из печи горячий газ уносит с собой пыль, летучие вещества из топлива и испарившуюся влагу. Перед поступлением в компрессор горячий газ должен быть охлажден и очищен от пыли и летучих компонентов топлива. При охлаждении объем газа уменьшается, что также повышает производительность компрессоров.
Технологическая схема получения извести и диоксида углерода показана на рис. 4. Карбонатное сырье поступает на известковые печи в вагонетках 4 обычно по воздушной канатной дороге. В каждую вагонетку добавляют перед подачей на печь порцию топлива, которую отвешивают при помощи весового дозатора. Полученную шихту загружают в печь 6 специальным загрузочным механизмом 5. С помощью механизма 9 известь выгружается из печи и кольцевым ковшовым транспортером 7 доставляется в бункера 8. Один из бункеров служит для хранения извести, из другого же известь расходуют на приготовление известкового молока. Воздух, необходимый для горения топлива, подается в печь вентилятором высокого давления. Образовавшийся в печах газ поступает в общий коллектор 3. В коллекторе оседают наиболее крупные частицы пыли, поэтому он обычно снабжен штуцерами для чистки или пылесборниками. Для удобства чистки газоход имеет уклон или зигзагообразную форму. В нижних изломах такого коллектора находятся штуцера, через которые и удаляется осевшая пыль. Для предохранения углекислотных компрессоров, отсасывающих газ известковых печей, от засорения и быстрого изнашивания, а также для повышения их производительности газ охлаждают и очищают от пыли.
Особо тщательная очистка газа нужна при использовании турбокомпрессоров и клапанных сухих компрессоров, так как осевшая на лопатках или клапанах компрессора пыль нарушает его работу.
Для охлаждения и очистки от пыли газ из коллектора поступает сначала в промыватель газа известковых печей (ПГИП) 2, орошаемый водой, а затем - в электрофильтр (ЭФИП) 1- В промывателе газ охлаждается и освобождается от грубой пыли и части влаги, которая конденсируется. В электрофильтре происходит тонкая очистка газа от пыли и мельчайших частиц влаги - тумана. Охлажденный и очищенный газ поступает в компрессоры, которые затем нагнетают его в карбонизационные колонны.
3.1 Аппаратура отделения известковых печей и ее обслуживание
Известково-обжигательная печь состоит из трех основных частей: шахты, загрузочного и разгрузочного механизмов. Вертикальная кирпичная шахта известковых печей в основном следующих размеров: внутренним диаметром шахты до 8 м и высотой до 36,6 м. С увеличением диаметра печи растет ее производительность, которую характеризуют величиной съема извести с 1 м2 внутреннего сечения шахты. Однако увеличение диаметра печи связано с трудностью равномерного распределения по ее сечению шихты и воздуха. Увеличение высоты печи снижает потери тепла с уходящими известью и газом, что уменьшает расход топлива и увеличивает концентрацию СО2 в газе. С другой стороны, с увеличением высоты печи растет сопротивление слоя шихты, а следовательно, расход энергии на подачу воздуха. Растут также расходы на подъем карбонатного сырья и топлива наверх печи. Форма шахты цилиндрическая, в некоторых печах внизу печи переходит в усеченный конус для соответствия шахты печи к размерам выгрузного механизма.
На рис. 5 показана печь с внутренним диаметром 4,7 м и высотой шахты 18м. Внутри шахта выложена огнеупорным кирпичом 4 (шамотным или хромомагнезитовым). Шамотный кирпич содержит около 40 % Аl2О3 и 60 % SiO2. Его температура размягчения 1580 – 1770 °С, поэтому при температуре в зоне обжига выше 1200°С может происходить оплавление футеровки. Огнеупорный кирпич, предназначенный для футеровки известковых печей, следует хранить в крытых складах и оберегать от повреждений. Попадание влаги на шамот ухудшает его качество, а попадание известковой пыли при обжиге может вызвать образование плава в стыках между кирпичами и разрушение футеровки. Наружная часть шахты выложена обыкновенным красным кирпичом 3 (рис 5); между кладками огнеупорного 4 и красного 3 кирпича оставлен зазор 2 шириной 25 мм, заполненный теплоизоляционной прослойкой или дробленым шамотом, в который также нельзя допускать попадания извести, чтобы не образовались легкоплавкие соединения. Благодаря зазору огнеупорная кладка может расширяться при нагревании, что предохраняет ее от образования трещин. Шахту обычно окружает стальной кожух толщиной 12 мм. Между кожухом и кладкой печи тоже оставлен зазор шириной 60 мм, заполненный битым шамотом. Зазоры играют также роль теплоизоляции. Дробленый шамот препятствует перемешиванию воздуха в зазорах путем конвекции, снижая тем самым интенсивность теплопередачи.
Шахта печи опирается на чугунное кольцо, расположенное на восьми опорных колоннах, которые стоят на бетонном фундаменте 9 и принимают на себя всю нагрузку. Сверху шахта закрыта железобетонным сводом, к которому крепится загрузочное устройство 5, которое способствует равномерному распределению шихты по сечению печи, и предохраняет рабочие помещения от проникновения в них печного газа.
На рис. 6 показано устройство загрузочного механизма. Шихта из вагонеток, поступивших в отделение известковых печей по воздушно-канатной дороге, высыпается в загрузочную воронку 1, которая снизу прикрывается конусным затвором 2, препятствующим проникновению печного газа в рабочее помещение. Во время опускания конусного затвора при помощи специального пневматического устройства шихта из загрузочной воронки подается в промежуточный бункер 3, который также закрыт снизу конусным затвором — распределительным конусом 4. Основание этого конуса срезано таким образом, что линия среза образует спираль (рис. 7). С укороченной стороны распределительного конуса прикреплен изогнутый стальной лист-отбойник 1. При опускании конуса шихта из промежуточного бункера падает на поверхность конуса.
Скатывающиеся по его длинной стороне куски попадают ближе к периферии печи, а скатывающиеся по укороченной стороне - отбрасываются отбойником ближе к центру печи. Различная длина образующей конуса и наличие отбойника позволяют разбрасывать шихту по всему сечению печи. Чтобы падающая с распределительного конуса шихта шире разбрасывалась по сечению печи, поддерживают расстояние между конусом и уровнем шихты в печи около 1,5 - 2,5 м. Кроме того, равномерность распределения шихты по сечению печи обеспечивается автоматическим вращением распределительного конуса на угол 60° при каждом его опускании. При загрузке шихты, когда промежуточный бункер снизу открыт, в него попадает газ из печи. Чтобы предотвратить дальнейшее его проникновение в рабочее помещение при опускании верхнего конуса, газ из промежуточного бункера удаляют специальным вентилятором. Наличие двух конусных затворов и удаление газа предохраняют рабочее помещение от проникновения печного газа.
Избежать разделения различных по размеру кусков на отдельные фракции при загрузке в печь известняка и кокса позволяет загрузочное устройство с вращающейся воронкой (рис. 8). Вагонетки с шихтой разгружаются обычно с одной стороны загрузочной воронки. При этом более крупные куски откатываются дальше от места разгрузки, чем мелкие, т.е. происходит разделение кусков на разнородные фракции, и куски топлива, как более мелкие, неравномерно распределяются среди кусков карбонатного сырья. Избежать этого можно, если загружать шихту в воронку с нескольких сторон. Для этого загрузочная воронка после опорожнения каждой вагонетки поворачивается на 60° при помощи механизма.
Для выгрузки извести печь снабжена специальным выгрузным устройством 9 (рис. 5). Основное требование к выгрузному устройству - равномерная выгрузка извести по периферии печи, что обеспечивает равномерную работу печи по всему ее сечению. Основная часть выгрузного механизма (рис. 9) - улита 5, которая представляет собой винтовую поверхность, образующую конус с вершиной, обращенной кверху. В плане такая поверхность напоминает раковину улитки. При медленном вращении этого устройства (0,5 - 2 об/мин) известь, находящаяся на наклонной винтовой поверхности, скользит по ней вниз, увлекая за собой лежащие сверху куски. Известь как бы вывинчивается из шахты печи. Улита лежит на восьми роликах 2, опираясь на них стальным кольцом, и катится по круговому рельсовому пути 1. Вращается улита при помощи передачи, состоящей из венцовой шестерни 4, обращенной зубьями вниз, и приводной шестерни 3, связанной через систему передач с электромотором. При вращении улиты известь по всей периферии равномерно выгружается на концентрически расположенный неподвижный кольцевой стол 9, с которого по мере накопления ссыпается на находящийся ниже круговой транспортер 10, приводимый в движение самостоятельным мотором. При вращении транспортера известь сбрасывается с него в течку 11 с помощью неподвижного ножа, укрепленного над транспортером у течки (на рисунке не показан). Затем лопастный выгружатель 12 (трефель), выгружает известь на ленточный транспортер и далее на ковшовый транспортер, подающий ее в бункера хранения. Лопастный выгружатель служит также для герметизации низа печи.
По оси улиты расположен полый вал 7, предохраняемый сверху от попадания в него извести колпаком 6. По этому валу под колпак подается воздух, необходимей для горения топлива. Кроме того, воздух поступает по периферии улиты навстречу выгружаемой горячей извести. Для подачи воздуха служит специальный вентилятор, способный преодолеть сопротивление шихты, составляющее ч зависимости от условий работы и высоты слоя загруженной шихты 1,9 - 4,93 кПа. Наличие внизу давления нагнетаемого воздуха заставляет герметизировать весь выгрузной механизм, для чего низ печи закрыт стальным кожухом 8.
Газ из печи отводится вверху шахты в общий коллектор 6 (рис. 5), проходящий вдоль всех печей, и идет на охлаждение и очистку от пыли. Каждая печь имеет выхлопной газоход в атмосферу, через который отводится избыток газа, а также газ, удаляемый из загрузочного бункера (рис. 8). Трефель 12 (рис. 9) представляет собой горизонтально расположенный цилиндр с двумя патрубками — для поступления и вывода извести. С торцов цилиндр закрыт крышками. Через крышки проходит вал, к которому прикреплена крестовина с полками. На периферии к полкам прикреплены уплотнители — пластины, изогнутые по форме цилиндра корпуса и плотно к нему прилегающие. При давлении воздуха в кожухе известковой печи до 2450 Па трефель хорошо герметизирует печь.
Промыватель газа известковых печей служит для охлаждения газа и очистки его от грубой пыли и представляет собой аппарат скрубберного типа, имеющий внутри хордовую насадку, состоящую из деревянных решеток 2 (рис. 10). Решетки сделаны из планок толщиной 12,5 мм. Насадка орошается сверху водой. Чтобы вода не скатывалась в одну сторону вдоль планок при неизбежном нарушении строго горизонтального расположения решеток, каждая планка снизу имеет вырезанные зубцы. Попадая на зубец, вода не может идти вдоль планки и скатывается на расположенную ниже планку. Этим достигается равномерное орошение насадки даже при перекосах отдельных решеток. Вода распределяется по поперечному сечению промывателя при помощи 12 брызгалок 6, установленных в верхней части аппарата. Газ поступает снизу по газоходу 5 под распределительный колокол 4 и движется противотоком к орошающей воде. Орошающая вода растворяет небольшое количество диоксида углерода. Концентрация СО2 в газе падает после промывки на 0,3 - 0,5 %. В промывателе конденсируются также пары воды, унесенные газом из печи. Газ отводится из промывателя через штуцер 3, а промывные воды - по трубопроводу 1. Перед промывателем содержание пыли в печном газе достигает 1 г/м3. После промывателя содержание пыли снижается до 0,25 г/м3.
Кроме известковой и угольной пыли в печном газе содержатся сконденсировавшиеся после охлаждения газа смолистые вещества из летучих компонентов топлива и хлориды щелочных металлов, которые не улавливаются при обычной промывке газа водой, так как находятся в дисперсном состоянии. Охлажденный примерно до 30°С газ поступает в электрофильтр для тонкой очистки от пыли.
Электрофильтр известковых печей представляет собой цилиндрическую камеру 2 (рис. 10) диаметром 5 м с коническими днищем и крышкой. В камере 2 в трубных решетках 1 размещены осадительные электроды 5, выполненные в виде труб диаметром 260 мм. По центру каждой трубы при помощи специальных рам 4 натянуты коронирующие электроды 6 -медные, нихромовые или титановые из проволоки диаметром 1,8 мм. Запыленный газ поступает в электрофильтр через штуцер 8, проходит внутри трубок и, очищенный, выводится через штуцер в верхней части аппарата.
Для очистки газа от пыли весьма эффективны пенные промыватели (рис. 11). Корпус 4 промывателя - прямоугольного сечения. В промывателе имеются две пенные тарелки 1 и 5, на которые через штуцер 7 подается промывная вода. Газ входит через штуцер 6 и проходит через отверстия в тарелках снизу вверх со скоростью до 16 м/с, образуя на тарелках пенный слой высотой до 100 мм. Охлажденный и освобожденный от грубой пыли газ уходит из промывателя через штуцер 2, Отбойник 3 служит для улавливания уносимых брызг воды. Вода с пенных тарелок уходит через штуцер 8.
