Вращающаяся печь для кальцинации глинозема производительностью по гидроксиду алюминия G=27 т/час

Печь кальцинации работает по принципу противотока. Максимальную температуру  и газы, и материал имеют со стороны топливной камеры, а минимальную со стороны загрузочной камеры. Нагреваемый материал вследствие наклона печного барабана и его вращения движется навстречу горячим топочным газам, которые охлаждаются. Температурный режим работы вращающихся печей не изменяется во времени, индивидуален для каждого вида технологического процесса и в значительной мере определяется химическим и фракционным составом перерабатываемых материалов.

Рабочее пространство печи условно делят не четыре технологические зоны  
(рис. 1.3).

Первая зона, которую называют заной сушки, характеризуется полным испарением гигроскопической влаги гидроксида алюминия, причем температура шихты здесь не превышает 200° С. Температура газов в пределах зоны сушки снижается с 600 до 300° С.

Во второй зоне - зоне кальцинации – удаляется химически связанная влага, и гидроксид превращается в безводный γ -Аl₂О₃. Для этого материал необходимо нагреть до температуры 950° С. Поток движущихся газов в этой зоне охлаждается на 450° С (с 1050 до 600° С).

Третья зона – зона прокаливания – располагается в области горящего факела, что обеспечивает максимально высокую температуру газов (1400° С). Это позволяет нагреть шихту до 1250° С, обеспечивающих переход глинозема из γ -модификации в α -модификацию. Чтобы гарантировать полное завершение процесса прокаливания (т.е. максимальное содержание α-Аl₂О₃), время пребывания материала в зоне стремятся увеличить за счет большего, чем в других зонах, диаметра печного барабана.

Четвертая зона - зона охлаждения - как и в предыдущем случае, обеспечивает охлаждение готового глинозема до 1000° С. При нормальной работе печи кальцинации температура покидающих ее газов не должна быть выше 300° С, а содержание СО₂ находится в пределах 13-15 %. Содержание СО не должно превышать 0,8 %.

Нужно учитывать, что качество готового продукта, получаемого во вращающихся печах, определяется не только кинетикой, но и движением материала, т.е. временем его пребывания в печи. Наличие в печи частиц с различными скоростями движения и неопределенность соотношения таких частиц в промышленных условиях из-за технологических нарушений, нарушающих установившийся режим, затрудняют надежный контроль и регулирование тепловой работы печей.

Рис. 1.3. Характер изменения  температур газов и шихты по длине  вращающейся печи для процесса кальцинации.

1.3.3. Барабанный холодильник. Окончательно глинозем охлаждается в холодильнике до 80-120° С. Барабанный холодильник – это стальной вращающийся барабан, имеющий наклон около 5 % в направлении, противоположном наклону печи, Длина его 25-50 м, диаметр 2,3-3,5 м, скорость вращения 2-3 об\мин. Холодильник имеет приводной механизм и опорные устройства, сходные с таковыми у печи. Верхний конец барабана холодильника изнутри футерован шамотным кирпичом, остальная часть не футерована.

Наружная поверхность барабана с помощью брызгал орошается водой, которая затем собирается в короб, расположенный под холодильником. Для улучшения теплообмена в нефутерованной части барабана имеются металлические полки. Нижний конец барабана входит в головку с сеткой, которая задерживает куски разрушившейся футеровки печи. Глинозем, прошедший через сетку, взвешивается и транспортируется в бункера готовой продукции.

1.3.4. Колосниковые холодильники. Используют в основном для печей с высокой производительностью. В основе конструкции лежит неподвижная или движущаяся решетка, на которую из печи по вертикальной шахте поступает горячий материал, укладываемый слоем толщиной 150...200 мм, высоту которого регулируют скоростью движения конвейера. Через слой непрерывно продувают холодный воздух. Нагретый воздух собирают в верхней части холодильника и подают затем в печь. Благодаря высокой эффективности перекрестной схемы теплообмена готовый продукт выходит из холодильника с температурой 50...90° С, подогретый воздух - с температурой 300...500 °С, обеспечивая более глубокое охлаждение материалов до 50... 70° С. При этом температура избыточного воздуха, выбрасываемого в атмосферу, составляет около 300° С, что обеспечивает КПД колосниковых холодильников около 85 %.

При работе колосниковых холодильников необходимо обеспечивать максимальную рекуперацию теплоты, охлаждения материалов до минимально низких температур, минимальное пылеобразование и пылеунос, минимальный подсос наружного воздуха, минимальные эксплуатационные расходы и расход электроэнергии. Эти задачи решают изменением высоты слоя материалов на колосниках по всей длине холодильника за счет изменения скорости их перемещения и количества продуваемого воздуха, его распределения по камерам и поддержанием оптимального разрежения над колосниками.

 

1.4 Технологический режим  кальцинации

 

Металлургический глинозем для  электролиза алюминия должен содержать  небольшое количество щелочи, легко  транспортироваться, быстро растворяться в электролите и не пылить при  транспортировке и загрузке в электролизные ванны.

Соблюдение норм технологического режима кальцинации обеспечивается системой автоматического контроля и регулирования, которая включает в себя автоматическое регулирование  температуры отходящих газов, расхода  и давления газа, контроль качества глинозема, его температуры при выходе из холодильника, состава отходящих газов и других параметров, определяемых технологической инструкцией.

Производительность печи кальцинации  и качество получаемого глинозема  прежде всего зависит от теплового  режима печи, а также от того, на сколько равномерно питание печи гидроокисью. При нормальном тепловом режиме температура отходящих газов в зависимости от длины печи составляет 250-300°С. При слишком высокой температуре в печи усиленно разрушается футеровка; при пониженной температуре получается недостаточно прокаленный глинозем.

Прокаленный глинозем контролируют на содержание Na₂0, Si0₂, Fе₂O₃, п.п.п.  
α – модификации. Крупность глинозема определяется ситовым анализом.

Обслуживающий персонал отделения  кальцинации должен следить за исправным состоянием механизмов, работой смазочных систем, охлаждением подшипников, состоянием футеровки печи и т.д.

 

1.5 Очистка отходящих  газов от пыли

 

Цветная металлургия  является одним из основных загрязнителей  воздушного бассейна. Газы, образующиеся при осуществлении различных технологических процессов, связанных с производством цветных металлов, содержат значительное количество пыли, которая образуется при загрузке, транспортировке, пересыпании сыпучих материалов, в процессе нагрева и обжига кускового материала и т.д. Часто в горячих газах содержатся пары веществ, которые при последующем охлаждении газов конденсируются, переходя в жидкое или твердое состояние. Выбрасываемые в атмосферу газы могут нанести значительный ущерб окружающей среде и здоровью человека Следствием этого может быть нарушение экологического равновесия с негативными непредсказуемыми последствиями.

Основными путями борьбы с пылевыми выбросами в окружающее пространство являются совершенствование технологических процессов с доведением до минимума вредных выбросов, например, за счет внутрипечного пылеосаждения, и создания безотходных замкнутых технологических циклов.

Количество отходящих газов, которое  необходимо очистить от пыли, определяется прежде всего мощностью технологического агрегата (в данном случае производительностью печи), а также спецификой технологического процесса. Количество подвергаемых очистке газов определяет производительность выбираемого пылеулавливающего устройства.

Дымовые газы, выходящие  из печи кальцинации, уносят значительное количество глинозема в виде пыли. Количество отходящих из печи газов около 3 м3\кг глинозема, содержание пыли в них 450-600 г\м3.

Для улавливания пыли предусматривается система пылеулавливающих устройств. Часть пыли вследствие резкого снижения скорости газового потока оседает в загрузочной головке печи, из которой по течке поступает в пылесборник, расположенный под загрузочной головкой. Следующая стадия очистки происходит в мультициклонах, где улавливается 65-70 % пыли, а окончательно газы очищаются в электрофильтрах. Принцип действия электрофильтра заключается в следующем: загрязненный газ для очистки вводится в сильное электрическое поле, которое создается в электрофильтре между его электродами. Вокруг коронирующего электрода с меньшим радиусом, образуется корона, в области которой происходит интенсивное отделение электронов от молекул газа, которые заряжаются и предают свой заряд пылинкам, которые под действием электрополя направляются к отрицательному электроду, где осаждаются. Очищенный таким образом газ выбрасывают в атмосферу, а пыль осыпается в бункер. Степень очистки газа после электрофильтров должна быть не ниже 99,91 %.

Мультициклоны располагают над  загрузочной частью печи, и уловленная пыль возвращается к загрузочной головке самотеком. От электрофильтров пыль транспортируется эжекционными пневмонасосами. Между мультициклонами и электрофильтрами установлен дымосос (эксгаустер), создающий необходимое разрежение в печи и избыточное давление в электрофильтрах. Уловленная пыль, количество которой достигает 100 % от поступающего на кальцинацию глинозема, возвращается в печь после предварительного смешения с гидроокисью или непосредственно в зону сушки. Запыленность газа после очистки может составлять 25 г\Нм³.

На охлаждение подшипников печей и холодильников, на вакуум-охладители подается оборотная вода. Сточные воды с печей и холодильников не должны содержать примеси глинозема, мазута, масла. Не должно быть также увеличения содержания щелочи в оборотной воде.

На предприятиях цветной металлургии газоочистку осуществляют путем различных комбинаций последовательно соединенных пылеулавливающих устройств, представляющих собой несколько ступеней очистки.

Высокой эффективности  очистки газов от пыли, а также  очистки сточных вод достигают прежде всего правильным выбором соответствующих типов пылеуловителей, очистителей и их правильной эксплуатацией. При выборе аппаратов для пылеулавливания необходимо учитывать начальную концентрацию пыли, ее дисперсность, химический состав, наличие агрессивных компонентов в газах, их расход, давление, влажность и температуру.

При выборе схемы следует  учитывать и капитальные затраты, а также экологическую обстановку, оправдывающую зачастую даже значительные экономические затраты.

 

 

1.6 Неметаллургический глинозем

 

В настоящее время около 10 % мирового производства глинозема используется для неметаллургических целей: изготовления специальных видов керамики, катализаторов для химической и нефтехимической промышленности и свечных изоляторов для двигателей внутреннего сгорания, в электронной технике, для шлифовки и полировки различных изделий и др.

Ряду потребителей глиноземные заводы поставляют промежуточный продукт производства глинозема – гидрат окиси алюминия для производства фтористых солей. Различают марки ГК, ГН, ГКК, ГдО, Гд1 и т.п. Все они должны соответствовать требованиям ТУ - 48-5-128-79.

 

2.  РАСЧЕТ  ВРАЩАЮЩЕЙСЯ  ПЕЧИ  ДЛЯ  КАЛЬЦИНАЦИИ  ГЛИНОЗЕМА

2.1 Исходные данные  для расчета

Заданная производительность печи по гидроксиду алюминия G = 27 т/час.

Состав исходного гидроксида алюминия, % приведен в табл.2.1

Таблица 2.1

Состав исходного гидроксида алюминия

 

Al2O3	H2OСВ	Na2O	H2OВЛ	Прочие
58,7	31,6	0,5	8,3	0,9

 

В качестве топлива в  печи используют природный газ следующего состава (табл.2.2):

Таблица 2.2

 

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	N2	CO2
92,9	1,6	0,8	0,7	3,5	0,5

 

Топливо сжигают при коэффициенте расхода воздуха α=1,1. Максимальная температура прокалки составляет 1200°С. Температура глинозема, поступающего в холодильник, равна 1000°С. Влажность гидроксида алюминия 12 %. Температура гидроксида алюминия, поступающего в печь, равна 45°С. Влагосодержание 1м³ сухого газа равно g^С.Г. = 5,1 г/м³.

 

2.2 Материальный  баланс процесса кальцинации  гидроксида алюминия

 

Принимаем, что остаточное содержание воды в глиноземе Н₂О_св составляет 0,4 %. По практическим данным, количество возврата пыли составляет 900 кг на 1 т глинозема. Принимаем, что состав пыли близок к составу исходной шихты с учетом ее обезвоживания.

Кальцинация гидроксида алюминия протекает  по реакции:

2А1(ОН)₃ = Аl₂О₃ + ЗН₂О

В соответствии с этим уравнением, две молекулы гидроксида алюминия (молекулярная масса 78) превращается в одну молекулу глинозема Аl₂О₃ (молекулярная масса 102). Тогда количество гидроксида из стехиометрических соотношений составит на 1 тонну глинозема 1,0 · 2 · 78/102 ⁼ 1,529 т .

Количество компонентов гидроксида алюминия следует определять, исходя из его химического состава (табл. 1).

Количество компонентов глинозема  определяем, исходя из общей приходной  суммы этих компонентов и состава  выходящих из печи массовых потоков.

Результаты расчета материального  баланса процесса кальцинации представлены в табл.2.3.