CC BY
59
УДК 553.551.1
Н. А. Хамидуллина, А. Ф. Махоткин, И. А. Махоткин, Н. Г. Бакиров
КОМПЛЕКСНОЕ РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ МЕЛКОГО КАМНЯ ИЗВЕСТНЯКА И МОКРОЙ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ПЫЛИ
Ключевые слова: очистка отходящих газов от пыли, вихревые аппараты.
Выполнен анализ результатов испытаний новой технологии обжига мелкого камня известняка в вращающейся печи с очисткой отходящих газов от пыли в каскаде одноступенчатых вихревых аппаратов. Установка внедрена в производство в условиях Казанского завода силикатных стеновых материалов и принята к внедрению на других заводах.
Keywords: cleaning offlue gases from dust, vortex devices.
The analysis of the results of tests of the new technology of calcining fine limestone stone in a rotary kiln with cleaning of exhaust gases from dust in a cascade of single-stage vortex devices is performed. The plant was introduced into production in the conditions of the Kazan Silicate Wall Materials Plant and accepted for introduction in other plants.
В отечественной и зарубежной практике обжиг известняка обычно проводят в вертикальных шахтных печах при температуре 1100^1200. При этом протекает следующая химическая реакция:
CaCo3^CaO+CO2
(1)
Время реакции термического разложения известняка зависит от величины камней известняка. Обычно известняк дробят на камни размером около 80 мм. Мелкий камень при этом уходит в отсев. Большой размер камней необходим для того, чтобы в шахтной печи обжига известняка газы свободно проходили вверх. При наличии мелкого камня в шахтной печи образуются локальные гидравлические сопротивления и начинаются соответствующие локальные пережоги известняка. Поэтому на практике мелкий камень не применяют. Раньше мелкий камень известняка применяли в большом количестве для ремонта дорог. Однако известняк медленно растворяется в воде. Поэтому в настоящее время мелкий камень известняка для ремонта дорог не применяют. Последнее приводит к тому, что на стадии измельчения известняка перед стадией его обжига образуется большое количество мелкого камня известняка.
Задача очистки отходящих газов от пыли в производстве обжига известняка является сложной научно-технической проблемой. Применяемые аппараты для очистки отходящих газов отличаются огромной материалоемкостью. Например, в производстве кальцинированной соды на стадии обжига известняка применяют технологию, состоящую из нескольких стадий: на первой стадии осуществляется сухая очистка газов в циклонах, на второй стадии осуществляется мокрая очистка газов в орошаемых насадочных башнях и на третьей стадии применяются электрофильтры.
Материалоемкость промышленной установки для очистки газового потока от пыли велика и составляет более тысячи тонн. Для сокращения капитальных затрат на некоторых заводах вместо дорогих орошаемых насадочных башен применяют распылительные трубы Вентури с циклонами. В
процессах мокрой очистки газов от пыли велико количество потребляемой воды. Поэтому необходимо применение дополнительной стадии для очистки сточных вод. В условиях Казанского завода производства стеновых строительных материалов такую дорогую установку для мокрой очистки отходящих газов не применяют, а применяют упрощенную технологию. При этом на первой стадии осуществляется сухой способ очистки газов в циклоне, а на второй стадии осуществляется фильтрация запыленного газового потока через плоские фильтрующие элементы. Однако фильтрующие элементы быстро забиваются пылью. При этом их гидравлическое сопротивление резко увеличивается. Из-за больших сил, действующих на фильтрующие элементы, они быстро выходят из строя. Частая замена дорогих фильтрующих элементов приносит большие убытки. На заводе накопилось большое количество отходов мелкого камня известняка. Для решения актуальной проблемы было принято решение внедрить на заводе вторую установку обжига мелкого камня известняка в вращающийся печи с созданием принципиально новой установки очистки отходящих газов от пыли. Для этого совместно с заводом разработаны принципиально новые вихревые аппараты. Схема новой установки представлена на рис. 1.
Установка работает следующим образом. Исходный мелкий камень известняка с помощью дозатора вводится в сушилку непрерывного действия (5). Процесс сушки осуществляется горячим газовым потоком, выходящим из вращающейся печи. Внутри сушилки установлены две вращающиеся в разные стороны сетчатые крестовины. Материал на сетках пронизывается горячим газовым потоком. Подсушенный камень известняка поступает внутрь вращающейся печи (3). Навстречу ему движется горячий газовый поток, подогретый в топке до температуры П00^1200°С Время пребывания мелкого камня известняка внутри печи равно времени реакции термического разложения известняка. Из вращающейся печи горячий обожженный мелкий камень высыпается
внутрь вращающейся цилиндрической обечайки утилизации тепла (4). Горячий обожженный камень отдает тепло воздушному потоку. Подогретый воздух входит в печь обжига известняка. Обожженный мелкий камень известняка высыпается из вращающийся печи непрерывно в виде извести.
Рис. 1 - Схема промышленной установки обжига мелкого камня известняка в вращающейся печи с мокрой очисткой отходящих газов в вихревых аппаратах: 1 - вентилятор, 2 - топка сжигания природного газа, 3 - вращающаяся печь, 4 -утилизатор тепла, 5 - сушилка, 6 - циклон, 7, 8 -вихревые аппараты, 9 - газодувка, 10 - труба, 11 - гидрозатвор в виде аппарата с мешалкой , 12, 13 -осадительные емкости, 14 - насос циркуляции раствора, 15 - шламовый насос
Газовый поток из вращающейся печи проходит сушилку и поступает в циклон. Циклон внизу имеет заслонку типа «хлопушки», которая открывается сама по мере накопления над ней слоя пыли определенной высоты. После высыпания пыли «хлопушка» закрывается. Пыль из циклона пересыпается внутрь вращающейся печи обжига. После циклона газовый поток поступает в вихревые аппараты на стадию мокрой очистки отходящих газов от пыли. Всего установлено последовательно два вихревых аппарата. После вихревых аппаратов газовый поток с помощью газодувки выбрасывается в атмосферу через трубу. Под трубой предусмотрен сборник конденсата. Конденсат возвращается в производство. Из вихревых аппаратов жидкость с частицами вытекает в емкость с мешалкой, которая выполняет роль гидрозатвора. Из гидрозатвора суспензия поступает в отстойник. В отстойнике шлам оседает и периодически отводится с помощью шламового насоса. Всего установлено два отстойника. Из отстойников вода возвращается на рецикл. Расход воды в первый по ходу газа вихревой аппарат больше, чем во второй. Основное назначение второго аппарата - улова брызг жидкости после первого аппарата. Однако, для предотвращения процесса налипания пыли второй аппарат так же орошается.
Главным условием для надежности мокрой очистки газов от пыли является смачиваемость всех частиц пыли. Экспериментальное исследование смачиваемости пыли в лабораторных условиях по стандартной методике показало следующее. Частицы пыли известняка и извести смачиваются
водой за 0,01^0,03 секунды. Поэтому время пребывания частиц пыли в зоне смачивания должно быть не менее 0,01^0,03 с. Вторым главным условием для надежности работы аппарата является непрерывная промывка аппарата от отложений на стенках. Оба эти требования должны обеспечиваются как в зоне смачивания частиц, так и в зоне сепарации фаз. Вращающийся газожидкостной поток в вихревом аппарате непрерывно промывает аппарат.
Процесс мокрой очистки отходящих газов от пыли известняка и извести, на первый взгляд, кажется простейшим. Но при более внимательном рассмотрении этот процесс требует реализации большого количества важнейших стадий, основными из которых являются следующие:
- смачивание частиц пыли;
-отделение газового потока от загрязненной жидкости ;
- выделение из жидкости уловленных частиц;
- утилизация образующего шлама;
- ликвидация процесса образования сточных вод на основе создания замкнутого водооборота.
Недостаточная эффективность даже одной из этих стадий делает технологию мокрой очистки газов от пыли неработоспособной.
Схема разработанной конструкции вихревого аппарата для мокрой очистки отходящих газов от пыли представлена на рис.2.
Рис. 2 - Схема вихревого аппарата для мокрой очистки отходящих газов от пыли: 1, 6 -патрубки входа и выхода жидкости соответственно, 2, 7 - патрубки входа и выхода газа соответственно, 3 - контактный патрубок, 4 - пластинчатый завихритель, 5 - корпус аппарата
Вихревой аппарат выполнен из Ст.3. Зона смачивания частиц пыли находится внизу аппарата. Газ и жидкость входят в зону смачивания условно по касательной. Образуется вращающийся газожидкостной поток. За счет энергии газового потока происходит интенсивное перемешивание газа и жидкости. В это время частицы пыли интенсивно смачиваются жидкостью. Из зоны смачивания частиц пыли газо-жидкостной поток поднимается вверх и проходит пластинчатый завихритель с глухим верхним основанием. Газо-жидкостной поток выходит из щелей завихрителя виде большого количества струй и раскручивается. Капли жидкости
с частицами оседают на корпусе аппарата, а газовый поток выходит из аппарата вверх через центральный патрубок. Жидкость стекает на наклонную тарелку и выводится самотеком из аппарата.
Диаметр аппарата 1,4 м, высота 2,0 м. Диаметр газохода и смачивателя 0,5 м. Расход циркулирующей жидкости через первый аппарат составляет 6 м3/ч, через второй - 2 м3/ч. Уровень жидкости в отстойниках поддерживается постоянным. Установка работает без образования сточных вод. Вода поступает в установку по мере уменьшения уровня жидкости в отстойнике. Температура газов перед стадией мокрой очистки находится в пределах 200^250°С. Температура газов на выходе после газодувки находится в пределах 50^60°С. Гидравлическое сопротивление одного вихревого аппарата при расходе газового потока 12000 м3/ч составляет 200 мм вод. ст. Газодувка с напором 1100 мм вод. ст. обеспечивает надежную работу всей установки. Шлам из установки откачивается периодически - 2 раза в смену. В качестве шламового насоса применяется мембранный насос. Испытания в промышленных условиях показали, что степень очистки отходящих газов от пыли находиться в пределах 98^99,9%.
Следует отметить, что установка испытывалась в двух вариантах исполнения по числу вихревых аппаратов. Второй вариант отличался от первого тем, что было установлено три вихревых аппарата
последовательно по ходу газового потока. Однако результаты испытаний показали, что эффективность двухступенчатой и трехступенчатой установки практически одинаковая. Поэтому принято решение сдать установку в непрерывную эксплуатацию без третьего вихревого аппарата.
Положительные результаты внедрения в производство на Казанском заводе силикатных стеновых материалов позволили рекомендовать подобную установку для других заводов. В настоящее время аналогичная установка внедрена в производство на подобном заводе в Подмосковье. После внедрения в производство первой установки производительностью по расходу газа 12000 м3/ч на этом же заводе была создана и внедрена в производство вторая модификация установки с производительностью по расходу газового потока 25000 м3/ч
Разработанная конструкция высокоэффективного вихревого аппарата является перспективной для интенсификации ряда других гетерогенных процессов, включая: очистку отходящих газов, абсорбцию, десорбцию, растворение,
перемешивание. Новые аппараты нашли применение для интенсификации различных физико-химических и тепломассообменных процессов в системах «газ - жидкость», «газ -жидкость - твердые частицы».
© Н. А. Хамидуллина - студент V курса каф. ОХЗ КНИТУ, nazkzn@yandex.ru; А. Ф. Махоткин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. ОХЗ КНИТУ, oxz.kstu@rambler.ru; И. А. Махоткин - канд. техн. наук. доцент каф. ОХЗ КНИТУ, oxz.kstu@rambler.ru; Н. Г. Бакиров - асп. каф. ОХЗ КНИТУ G126111-1161@yandex.ru.
© N. A. Hamidullina - V student of the course faculty ECP KNRTU, nazkzn@yandex.ru; A. F. Makhotkin - Doctor of Technical Sciences, Professor, ECP KNRTU, oxz.kstu@rambler.ru; I. A. Makhotkin - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department ECP KNRTU, oxz.kstu@rambler.ru; N. G. Bakirov - graduate student. ECP KNRTU G126111-1161@yandex.ru.
