Аппараты по сушке шламов. Окомкователи, установки по термоподготовке и брикетированию

СТАРООСКОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(филиал) Федерального государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

"Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"

Реферат   

по дисциплине  

«Водошламовое хозяйство»

На тему: «Аппараты по сушке шламов. Окомкователи, установки по термоподготовке и брикетированию»

Выполнила:

студентка группы БТП-08-1д

Попова И.Н.

Проверила:

Блохина О.В.

Старый Оскол, 2010 г.

   Пыли и шламы металлургических производств перед утилизацией в большинстве случаев специально подготавливаются. Основными методами подготовки являются механическое обезвоживание, смешивание, термическая обработка и окускование. Механические методы окускования позволяют снизить влажность  шламов до 15-25 %. Дальнейшее уменьшение влажности шламов достигается  либо путем термического обезвоживания (сушкой, сгущение), либо химического. При сгущении шламов стремятся получить не только осадок достаточной плотности, но и возможно более чистый слив, что позволяет использовать последний в оборотном цикле и исключить потери твердого продукта.

  В процессах механического обезвоживания суспензии разделяют на жидкую и твердую фазы. Эти процессы можно разбить на две группы — осаждение и фильтрование. При осаждении консистенция суспензии такова, что среднее расстояние между частицами превышает их характерный размер. Под воздействием собственного веса взвешенные в жидкости частицы опускаются на дно аппарата, и таким образом происходит разделение твердой и жидкой составляющих. В других случаях разделение осуществляют с помощью сил центробежного поля. Частицы вначале выталкиваются ими к стенкам сосуда, а затем сгустившийся шлам оседает под действием разделения тяжести на дно.

  Для обезвоживания шламов применяют сгустители, классификаторы, вакуум-фильтры, фильтр-прессы и центрифуги. С помощью классификаторов из шлама выделяют сравнительно крупные фракции с размером частиц 0,25- 0,3 мм. Классификаторы разделяются на механические и спиральные. Наиболее употребительными являются спиральные. Шлам после классификатора зачастую дополнительно обезвоживают – обычно на ленточных вакуум-фильтрах, а слив обрабатывают в радиальных или других сгустителях.

  Обезвоживание шламов аглодоменного производства в отечественной практике, в случае достаточно сгущенной исходной пульпы преимущественно осуществляют в последовательно расположенных спиральных классификаторах и дисковых вакуум-фильтрах, а в случае относительно разжиженной пульпы – в цепочке аппаратов гидроциклоны – спиральные классификаторы – ленточный вакуум-фильтр. Добавка гидроциклонов позволяет уменьшить количество громоздких и дорогостоящих спиральных классификаторов в цепочке аппаратов. Высокодисперсные шламы газоочисток мартеновского, ферросплавного и электросталеплавильного производств обезвоживают, как правило, с помощью фильтр-прессов.

   Механические классификаторы  и  гидроциклоны.

Спиральные классификаторы характеризуются простотой конструкции, удобны в обслуживании, надежны в работе, отличаются высокой производительностью и низкой чувствительностью к колебаниям нагрузки. Обычно в них подают предварительно сгущенный шлам. Спиральный классификатор (рис. 1) представляет собой цилиндрический лоток 1, расположенный под углом 12 —18° к горизонтали, с вращающимися внутри него одной или двумя большей частью двухзаходными спиралями 2; шаг спиралей ненамного превышает половину их диаметра. Скорость их вращения обычно колеблется в пределах 1,5 20 об/мин. Спирали эти частично погружены в зону, занимаемую осадком суспензии, так что в процессе рабо­ты устройства они захватывают и транспортируют этот осадок в верхнюю часть лотка для выгрузки.

                                        Рис. 1. Спиральный классификатор

В свою очередь осветленная жидкость удаляется из ап­парата через высокий порог 3. Эффективность классифи­кации и производительность устройства зависят от ряда факторов, основными из которых являются дисперсный состав и плотность твердых частиц, концентрация твер­дой фазы в суспензии, а также число оборотов спиралей и угол наклона корыта.                                                  

   Для расчета механических классификаторов применя­ют известные аналитические зависимости либо ис­пользуют экспериментальные данные, полученные на действующих установках.

   При классификации железосодержащих шламов газо­очисток агломерационного, доменного и конвертерного производств по размеру граничного зерна, равному 0,25 - 0,3 мм, удельная нагрузка по исходной пульпе со­ставляет около 70 м3/ч из расчета на 1 м длины порога. Влажность твердой фазы при этом равняется 20 — 30% (по массе).

  Гидроциклоны применяются при классификации шлаков с крупностью частиц 3 — 150 мкм. Корпус аппарата (рис. 2) состоит из короткого цилиндра  и удлиненного

конического днища 2. Пульпа, подаваемая в цилиндрическую часть через патрубок 3, приобретает в ней интенсивное вращательное движение. Под воздействием центробежных сил твердые частицы движутся поперек потока направлении к стенкам аппарата, и наиболее крупные из них концентрируются в пристеночном слое потока. Затем эти частицы перемещаются вниз по спирали и выводятся в потока в виде сгущенного шлама через патрубок 4.

Рис 2. Гидроциклон

   Основная же масса суспензии, содержащая преимущественно мелкодисперсные частицы, вначале движется вниз, описывая вблизи стенки спираль, а затем по внутренней спирали поднимается вверх вдоль оси аппарата. Интенсивное вращение жидкости препятствует заполнению ею приосевой части аппарата, так что внутри него вдоль оси образуется цилиндрическая газовая полость. Осветленная жидкость, так называемый слив, удаляется из аппарата через патрубок 5, укрепленный на перегородке 6.

Работу гидроциклонов регулируют, изменяя насадки: при увеличении диаметра их выпускных отверстий уменьшаются как содержание твердой составляющей в сливе, так и размер граничного зерна разделения; кроме того, более разжиженным получается крупнозернистый продукт.

   Дуговые сита применяются для мокрой классификации шламов крупностью  от 0,04 до 10 мм.

   Дуговые сита отличаются простотой конструкции, высокой удельной производительностью и не требуют специального ухода, во время работы. Эффективность работы этих аппаратов достигает 90%. Они работоспособны в широком диапазоне изменения содержания твердого в пульпе: от 7 до 70% (по массе). Недостатком дуговых сит, однако, является быстрый износ их рабочей поверхности, особенно в процессе классификации абразивных пульп.

     Сгустители (отстойники). Для сгущения шламов изредка применяются обычные горизонтальные отстойники с периодической загрузкой и выгрузкой, а преимущественно — радиальные сгустители непрерывного действия, идентичные радиальным отстойникам.

   Радиальные сгустители пригодны для использования в цепи современных утилизационных установок непрерывного действия, тогда как горизонтальные отстойники,  применяемые еще на некоторых предприятиях, не отвечают этому требованию. Удельные нагрузки на сгустители могут быть значительно (в 3 — 4 раза) повышены при добавлении в пульпу флокулянтов.

   Метод расчета производительности сгустителей зависит от свойств поступающей на обработку пульпы. В случае разбавленных пульп с высокодисперсной твердой фазой, не содержащей склонных к коагуляции веществ, и характеризующихся отсутствием ясной линии раздела между продуктом и сливом расчет производится по скорости свободного выпадения уходящих зерен максимального размера.

   Вакуум-фильтры, применяемые для обезвоживания шламов, разбиваются на три группы: дисковые, барабан­ные и ленточные. Наиболее распространены первые, на­именее употребительны вторые.

Дисковый вакуум-фильтр (рис. 6) состоит из полого горизонтального вала с закрепленными на нем вертикально лисками 2. Полость вала 1 разбита на 12 изолиро-

Рис. 6. Дисковый вакуум-фильтр

ванных друг от друга одинаковых секций (каналов). Дис­ки 2 частично погружены в ванну 3 с фильтруемой суспен­зией. Каждый из них состоит из 12 разобщенных между собой полых секторов, оснащенных фильтровальными перегородками. Каждая полость сектора соединена с од­ним из каналов вала. К торцам вала примыкают рас­пределительные головки: камеры одной из них соединены с вакуум-насосом, а другой - с воздуходувкой.

   Каждый сектор после погружения в ванну сообщается с находящейся под вакуумом полостью распределительной головки. Под действием вакуума происходит отсасывание влаги через фильтровальную перегородку в полость сектора диска. При этом на ткани перегородки отлагается слой осадка. После того как сектор в результате вращения вала с дисками выходит из ванны, через фильтровальную ткань подсасывается теперь уже воздух, что приводит к подсушке осадка.

   Для каждого вида пульпы обычно подбирают соответствующую ей фильтровальную ткань. К этим тканям предъявляются следующие требования: малое сопротивление фильтрации, прочность, жесткость, температуростойкость, устойчивость против коррозии и легкость регенерации при удалении осадка в процессе продувки ее сжатым воздухом. В качестве фильтровальной ткани используют, например, капроновую ткань. Она недорога,  долговечна и хорошо очищается при продувке.              

   Принцип действия барабанного ячейкового вакуум-фильтра сходен с принципом работы дискового. Барабанный вакуум-фильтр отличается от дискового тем, что на полый горизонтальный вал вместо дисков насажен цилиндрический барабан с перфорированной поверхностью, который снаружи обтянут фильтровальной тканью. Внутренний объем барабана разделен перегородками на одинаковые ячейки, герметически изолированные друг от друга. Каждой из них принадлежит участок поверхности барабана, ограниченный двумя его образующими. При вращении барабана ячейки, подобно секторам диска, попеременно присоединяются то к напорной линии нагнетателя, то к линии, связанной с вакуум-насосом.

   Ленточные вакуум-фильтры используются преимущественно при обработке крупнозернистых, характеризующихся высокой скоростью осаждения твердого осадка шламов.

   Основными факторами, влияющими на производительность всех видов вакуум-фильтров, являются гранулометрический состав и форма твердых частиц, тип фильтровальной ткани, а также концентрация твердой составляющей в пульпе, толщина осадка и перепад давления в зоне обезвоживания.

  Чем крупнее частицы пульпы, тем лучше отделяется фильтрат, т. е. быстрее протекает процесс. Тонкодисперсный осадок отличается плохой проницаемостью и, кроме того, плохо отделяется от ткани.

    Фильтр-прессы используют преимущественно для обезвоживания шламов, содержащих тонкодисперсные частицы. Процесс фильтрования протекает под действием перепада давлений на фильтрующей перегородке, создаваемого либо путем подачи сжатого воздуха в полость над поверхностью жидкости, либо за счет гидростатичес­кого давления, создаваемого насосом.

Осадок, полученный в фильтр-прессах, по сравнению с осадком вакуум-фильтров отличается меньшей влажностью.

  На качестве работы фильтр-прессов в меньшей степени, чем вакуум-фильтров,  сказывается колебание дисперсного состава твердой фазы в пульпе; это позволяет стабильнее выдерживать влажность осадка, что важно для последующей его утилизации. Они обеспечивают также более низкую влажность осадка и большую чистоту фильтрата.     Кроме того, скорость фильтрования в фильтр-прессах в 3 и более раз выше, чем в ваку­ум-фильтрах. Это обусловлено главным образом выделением в вакуум-фильтрах в условиях фильтрования под вакуумом пузырьков растворенного в жидкости воздуха. Последние   же   частично   собираются   в   порах   осадка и фильтровальной ткани, что приводит к уменьшению площади живого сечения пор фильтрующего слоя, а это в свою очередь снижает расход жидкости через слой.

   Преимуществом фильтр-прессов является также возможность оперативного регулирования продолжительности отдельных операций их цикла при перестройке работы аппаратов в зависимости от концентрации твердой составляющей в обрабатываемом шламе. Кроме того, в этих аппаратах может быть достигнута меньшая влажность осадка за счет увеличения времени просушки, что не достигается в других видах фильтров.  

  В центрифугах для осуществления процесса разделения шлама используется центробежная сила. Так как в этом случае ее поле по величине значительно превышает силы тяжести, то процесс фильтрования в центрифугах протекает существенно быстрее, чем в отстойниках.  Осадительное центрифугирование производят в барабанах. Процесс состоит из двух фаз: движение частиц к стенкам барабана и уплотнения накопившегося на них осадка.

   Аппараты по сушке шламов. Оптимальная влажность железосодержащих шламов при утилизации их агломерационном производстве со-