Утилизация тепла

Утилизация тепла при обжиге цинковых концентратов имеет не только экономическое, но и технологическое значение. Так, наиболее полный и эффективный отъем тепла из кипящего слоя позволяет достигать в печи мак­симальной производительности и выдерживать при этом заданный температурный режим. Охлаждение обжиго­вых газов с помощью теплоутилизационных установок на пути от печи до электрофильтров обеспечивает необ­ходимую температуру па входе в электрофильтры без разбавления газов и дает возможность направить их в сернокислотное производство с достаточной концентра­цией сернистого ангидрида.

Как отмечалось выше, при обжиге сульфидного цин­кового концентрата основное количество тепла выделя­ется в кипящем слое в результате экзотермических реак­ций окисления сульфидов. Количество выделяемого теп­ла зависит от содержания серы в концентрате и от степени десульфурации обжигаемого материала. При окислительном обжиге цинковых концентратов за счет экзотермических реакций выделяется до 2508000 кДж, а при обжиге пиритных концентратов - до 4180000 кДж на 1 т перерабатываемого материала.

Более половины выделяемого тепла выносится из зо­ны кипящего слоя и шахты печи с отходящими газами. Другая часть тепла расходуется на испарение влаги, со­держится в твердыхпродуктах обжига, теряется через кладку печи. Остальное тепло является избыточным и должно быть отобрано из кипящего слоя системой охлаждения.

Примерные тепловые балансы печи КС с удельной производительностью 5-8 т сухого концентрата в сут­ки на 1 м² площади пода приведены в табл. 8 и на рис. 17.

Как следует из табл. 8, при обжиге цинковых кон­центратов в печи КС можно полезно использовать до 75% выделяемого тепла, в том числе около 20% в зоне кипящего слоя и более 50% из отходящих газов. В соот­ветствии с этим печи КС оборудуются как элементами для охлаждения кипящего слоя, так и для охлаждения газов по выходе их из печи.

Рис. 17. Тепловой баланс обжиговой печи КС

Таблица 8

Тепловой баланс печи КС при работе на воздушном дутье [10]

Приход, %	Расход, %
Тепло экзотермических реакций…	98,6	Тепло, уносимое огарком ……………………	8,3
Физическое тело концентрата…….	0,4	Тепло, уносимое пылью ……………………	5,5
Тепло, вносимое воздухом………..	1,0	Тепло, расходуемое на испарение влаги……...	4,5
		Тепло, уносимое отходящими газами ………	57,0
		Потери тепла через кладку печи ………….	5,5
		Избыточное тепло кипящего слоя ………….	19,2
ИТОГО ………………………………..100,0	ИТОГО ……………………………..100,0

Для отвода тепла из зоны кипящего слоя применяют змеевики (рис. 18), изготовленные из жаропрочных труб диаметром 76 и 89 мм, и трубчатые кессоны (рис. 19), также сделанные из труб, но значительно большего диаметра - 209 и 273 мм. Охлаждающая поверхность од­ного змеевика достигает 4 м², трубчатого кессона — око­ло 2 м². Количество охлаждающих элементов (змееви­ков, кессонов), устанавливаемых в зоне кипящего слоя, j определяется производительностью печи, температурным режимом обжига, а также системой охлаждения. Обыч­но устанавливают 8—10 кессонов.

Рис. 18. Охлаждающие змеевики для кипящего слоя:

а - с принудительной циркуляцией; б - с естественной циркуляцией; 1 - охлаждающая поверхность; 2 - бетонная пробка; 3 - кожух пробки; 4 - нижний входной коллектор; 5 - верхний входной коллектор

Рис. 19. Трубчатый холодильник для кипящего слоя

Рис. 20. Стояки с испарительным охлаждением:

1 - трубы; 2 - свод печи КС; 3 - корпус стояка

На отечественных заводах используют как водяное, так и испарительное охлаждение кипящего слоя. При ис­парительном охлаждении, не включенном в контур кот­ла-утилизатора, давление пара не превышает 1,2 МПа. В случае, когда система испарительного охлаждения ки­пящего слоя составляет одно целое с котлом-утилизато­ром, давление пара достигает 4,2 МПа. Испарительное охлаждение более эффективное, чем водяное, так как позволяет не только отвести необходимое количество теп­ла из кипящего слоя, но и превратить его в пар, кото­рый затем используют для нужд производства. Система испарительного охлаждения одной печи может выдавать от 2 до 4 т пара в час.

Как отмечалось выше, обжиговые газы на выходе из печи имеют температуру 900-950° С. С такой темпера­турой газы не могут направляться в циклоны и тем бо­лее в электрофильтры. Поэтому непосредственно за пе­чами КС сооружают охлаждающие установки. Наиболее примитивным является охлаждение газов в вертикаль­ных газоходах (стояках) воздухом, нагнетаемым в по­лость между двумя стенками стояка вентиляторами низ­кого давления (1,2 кПа). Для очистки внутренней поверхности стояков от пыли на них устанавливают меха­нические встряхивающие механизмы. Для того чтобы охладить обжиговые газы в этих стояках-рекуператорах до 500° С, приходится сооружать их иногда диаметром 1,6 м и высотой 18 м. Однако отводимое из них тепло в виде горячего воздуха эффективно использовать не удается.

Более эффективно испарительное охлаждение стоя­ков, применяемое на заводах «Электроцинк» и Челябин­ском цинковом (рис. 20). В этом случае снаружи к стен­кам стояков приваривают разрезанные вдоль по диа­метру трубы испарительного охлаждения. Давление пара, создаваемое в системе испарительного охлажде­ния, должно быть не менее 1,0-1,2 МПа во избежание коррозии внутренних стенок стояков.

Радикальным решением проблемы утилизации тепла обжиговых газов является также применение котлов-Утилизаторов. Эти агрегаты позволяют эффективно ис­пользовать тепло, превращая его в пар давлением 4,0- 4,2 МПа, который употребляют как для технологических,

так и для теплотехнических целей, вплоть до выработки электроэнергии с помощью паровых турбин.

Котлы-утилизаторы установлены и работают на трех цинковых заводах - Лениногорском, Алмалыкском, «Укрцинке». Ниже дается описание конструкции котла утилизатора Лениногорского цинкового завода, хорошо зарекомендовавшего себя в работе в течение ряда лет На этом предприятии за печами КС установлены вертикальные котлы-утилизаторы типа УККС 6/40. Котел изготовлен из труб диаметром 32 мм с толщиной стенки 5 мм. Испарительная поверхность котла равна 80 м², па-роперегревательная 168м ². Котел может вырабатывать 8-10 т пара в час с рабочим давлением 4000 кПа. Тем­пература питательной воды составляет 100° С, темпера­тура пара 360—-400° С. Газы проходят котел со средней скоростью 7,5-8,7 м/с. При работе котла обжиговые газы поступают в него с температурой 900-950° С, а вы­ходят с температурой 450° С, что с учетом последующего охлаждения в газоходах вполне допустимо для эффек­тивной работы электрофильтров.

При подаче в печь КС 17000 м³/ч дутья потеря напо­ра в котле-утилизаторе не превышает 0,6 кПа. Котел оборудован вибраторами С-788 для очистки поверхности нагрева от осевшей пыли. Пар из котла-утилизатора с давлением 4,0 МПа поступает в главный паропровод це­ха, а затем через редукционное устройство с давлением 60 Па и температурой 180-200° С направляется в об­щую тепловую сеть завода.

При выборе способа охлаждения обжиговых газов (котлы-утилизаторы или испарительная система) следу­ет руководствоваться местными условиями. Если пред­приятию не требуется пар относительно высокого давле­ния (4,0-4,2 МПа), то предпочтительнее применять установки испарительного охлаждения как более деше­вые и не требующие высококвалифицированного персо­нала для обслуживания при эксплуатации.

Одной из причин уменьшения срока службы котлов-утилизаторов и установок испарительного охлаждения является разрушение поверхности нагрева в результате образования настылей и химической коррозии металла. В процессе обжига на поверхностях змеевиков, ширм и экранов котлов-утилизаторов, в стояках и газо­ходах образуются настыли, состоящие из сульфата цинка (до 70%), окиси цинка (до 20%), феррита и сульфида, а также сульфатов меди и железа[2]. Сульфаты цинка и других металлов получаются при взаимодействии тонкодисперсного материала с обжиговыми газами в условиях низких температур (500-700° С), имеющих место во внутренних слоях настылей, прилегающих к металлу поверхностей охлаждения.

При попеременном понижении и повышении температуры газов часть сульфатов железа и меди разлагает­ся с образованием серного ангидрида. Кроме того, окис­лению сернистого ангидрида до серного способствует повышение концентрации кислорода в газах в результа­те подсоса воздуха. Серный ангидрид взаимодействует с парами воды и образует серную кислоту, которая при понижении точки росы разрушает металл охлаждающих элементов. Таким образом, на коррозию металлических поверхностей теплоутилизационных установок в значи­тельной мере влияет вторичное сульфатообразование, че­му в большой степени способствует обогащение дутья кислородом.