Пособие кислотчику сульфитно-целлюлозного производства

Подача серы осуществляется шнеком, расположенным выше верхнего уровня кипящего слоя. Печь имеет специальные приспособления для спуска жидкой массы из нижней части кипящего слоя и воздушной камеры. Воздух, необходимый для горения серы, подается тангенциально расположенными соплами.

Для создания кипящего слоя под слой серы через съемную камеру подается небольшое количество воздуха (50–100 м3/т серы давлением 0,2–0,3 атм). Образующийся в результате сгорания сернистый газ отводится через штуцер в крышке либо сбоку печи.

Пуск печи в работу производится после ее разогрева и накаливания жидкого слоя серы. Путем подачи под слой постоянного количества воздуха температура жидкой массы повышается до 300–380°, при этом верхние слои закипают и происходит интенсивное испарение серы. Регулирование количества испаряемой серы производится изменением количества воздуха, подаваемого в низ печи. Тангенциальная подача воздуха для горения серы создает турбулентное движение паров серы и способствует полному сгоранию без образования сублимированной серы. Для создания завихренного потока по всей высоте печи отношение ее высоты к диаметру должно быть не менее 5:1.

Для поддержания постоянного состава жидкой массы часть ее периодически или непрерывно выводится из слоя и гасится струей воды в желобе.

Циклонные печи для сжигания серы. Другим видом современного оборудования для сжигания серы является изобретенная на Невском химическом заводе циклоннаяпечь, которая компактна и высокопроизводительна. В печи с метром 1 м и длиной 1,5 м можно сжечь до 60 т/сутки серы, а в печи диаметром 1,4 л и длиной 2.5 м — до 150 т/сутки.

Печь (рис. 9) представляет собой стальной сварной цилиндр, футерованный жаростойким кирпичом. Внутри печь сужается и образует так называемый пережим, за которым создается камера дополнительного сгорания серы и гашения турбулентного потока, образуемого в первом отсеке за счет тангенциальной подачи воздуха. Пережим располагают на расстоянии равном 3–4 диаметра его отверстий от заднего торца печи. Снаружи печь защищена металлическим кожухом, создающим кольцевой зазор между ним, и наружной поверхностью корпуса печи по всей ее длине.

Рис. 9. Эскиз печи циклонного типа для сжигания серы:

1- кожух; 2 — корпус; 3 — футеровка; 4 — выход газа; 5 — подача первичного воздуха в печь; 6 — пережим; 7 — подача вторичного воздуха; 8 — штуцер подачи воздуха; 9 — подача расплавленной серы.

Воздух подается под кожух печи, откуда подогреваясь за счет тепла, выделяемого корпусом печи поступает внутрь печи через тангенциально расположенные щели у переднего горца боковой поверхности печи. Часть воздуха подается в пережим через отверстия в корпусе и футеровке.

Расплавленная сера с помощью насоса вбрызгивается через форсунку в печь. Давление серы перед форсункой 3–4 атм. Форсунки располагаются под углом 15° по отношению оси отверстия подачи воздуха. Тангенциальная подача воздуха, кроме создания благоприятных условий для сжигания серы за счет хорошего контакта серы с воздухом, создает на внутренней поверхности печи воздушную подушку, которая способствует снижению температуры обмуровки на 250–350° по сравнению с температурой в ядре газового потока. Снижение температуры обмуровки удлиняет срок ее службы.

Расход воздуха, подаваемого на горение, составляет 4000–5000 нм3/т серы, из них около 10 % подается в пережим. Давление воздуха перед печью при установке для охлаждения газа котла-утилизатора 350 мм. Коэффициент избытка воздуха составляет 1,15. Концентрация получаемого газа до 18 % SO₂. Теплонапряжение 3–4 Мкал/м3ч. Температуре газа на выходе из печи 1200–1250°; в пережиме 1350–1400°. Окружная скорость газа 27–30 м/сек.

Колчеданные печи

Для обжига колчедана применяются полочные механические печи, горизонтальные вращающиеся печи, камерные печи пылевидного обжига, печи для обжига в кипящем слое.

Существуют и другие типы печей, например: циклонные, пылевидного обжига со спекающимся огарком, с двойным кипящим слоем и другие. Однако они мало применяются в промышленности и поэтому здесь не рассматриваются.

Полочные механические печи. Полочные механические печи являются самыми распространенными на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности. Они бывают разных систем: Ведже, Лурги, Гересгофа, Гумбольдта, ВХЗ, типа Г и некоторые другие.

Все эти печи отличаются только количеством сводов, способом охлаждения перемещающих устройств и некоторым конструктивным оформлением отдельных узлов.

Полочные печи (рис. 10) состоят из металлического сварного или клепаного кожуха, футерованного огнеупорным кирпичом или жаростойким бетоном. По высоте печь разделена кольцевыми сводами из огнеупорного (шамотного) кирпича на несколько этажей. Первый свод (верхний) называется сушильным, остальные — рабочими. Счет рабочих сводов ведется сверху. В центре печи установлен полый чугунный вал, опирающийся нижним концом на подпятник. На уровне каждого этажа на валу имеются два диаметрально расположенных гнезда, в которые вставляются ручки с водяным или воздушным охлаждением, на ручки надевают съемные гребки, предназначенные для перемешивания колчедана по сводам.

Рис. 10. Установка полочной колчеданной печи:

1 — бункер; 2 — вал; 3 — отверстие в сводах печи; 4 — корпус; 5 — ручка; 6 — гребки; 7 — опора; 8 — выход газа.

Вращение вала осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу, редуктор и пару конических шестерен. Для равномерного питания печи колчеданом над верхним сушильным слоем установлен металлический бункер.

В стенке бункера, обращенной к печи, имеется щель, ширина которой регулируется заслонкой. Колчедан из бункера захватывается (срезается) ножом, укрепленным на конце ручки. Выдвигая нож на меньшую или большую длину, можно регулировать количество колчедана, выгребаемого из бункера да один оборот вала. Иногда ниже ножа к ручке прикрепляется тарелка. Тогда часть колчедана, выгребаемого из бункера, попадает на под печи, а часть на тарелку, откуда снимается неподвижным ножом, закрепленным на кожухе печи в противоположной стороне от бункера. Это способствует более равномерному распределению колчедана на сушильном своде. Колчедан с свода с помощью гребков постепенно продвигается от периферии к центру и через зазор между валом и сводом (специальный питатель, препятствующий проникновению воздуха на рабочий свод) проваливается на первый рабочий свод. Попадая на первый рабочий свод, колчедан с помощью гребков перемещается к периферии и проваливается через восемь отверстий, расположенных по окружности у корпуса печи, на второй свод и т. д. Отверстия для ссыпа огарка у всех нечетных этажей расположены на периферии, у четных — в центре у пала. С последнего этажа обожженный колчедан в виде огарка высыпается у периферии через снабженное заслонкой отверстие в приемное устройство тракта удаления огарка.

Подача воздуха в печь для горения производится через шесть отверстий (регистров), расположенных на уровне нижнего этажа. Регистры снабжены заслонками, которые регулируют количество поступающего воздуха.

У печи ВХЗ (Воскресенского химического завода) для подачи воздуха предусмотрены четыре дополнительных отверстия против четвертого этажа. Ими пользуются при форсировании производительности печи или при сжигании углистого и флотационного колчедана. Газовую смесь из печи выводят через газовое окно четырехугольного сечения, расположенное на высоте первого этажа. Скорость газа на выходе во избежание уноса пыли должна быть не более 2–3 м/сек.

Эксплуатация механических колчеданных печей. Для получения газа с наиболее высокой концентрацией SO₂ и более полного выгорания серы из колчедана необходимо:

поддерживать достаточную тягу в печах, которая обеспечивает подачу необходимого количества воздуха для горения;

подавать колчедан в печь ровными порциями;

охлаждать арматуру печи;

своевременно очищать отверстие для выхода огарка на последнем этаже печи и отверстия для перехода колчедана с этажа этаж;

систематически контролировать состояние вала, ручек и гребков, обеспечивать полное перемешивание колчедана.

Кроме того, необходимо помнить, что излишнее количество воздуха приводит к снижению концентрации SO₂ в газе. При недостаточном количестве воздуха, подаваемого в печь, происходит снижение накала колчедана и возможно выпадение сублимированной серы. Наиболее крепкий газ получается, если разрежение в газоходе на выходе из печи поддерживается в пределах 1–2 мм вод. ст. и в нижнем этаже 3–5 мм вод. ст.

Распределение температур но сводам для семиэтажной 12-тонной печи при нормальном режиме обжига колчедана приведено в табл. 5.

Таблица 5.

Некоторые параметры механических печей

Концентрация SO₂ в газе, % …………………… 7–10

Содержание серы в огарке, % …………………… 1–3

Температура печного газа на выходе из печи, С ……………………500–700

Концентрация SO₃ в газе, % …………………… 0,5

Температура охлаждающего воздуха (при воздушном охлаждении) не более, С …………………… 250

Давление воздуха, мм вод. ст. …………………… 200–300

Температура охлаждающей воды на выходе (при водяном охлаждении), С …………………… 40

Производительность печи характеризуется количеством колчедана (кг), пересчитанного на абсолютно сухой колчедан с содержанием серы 45 % (сжигаемого в печи за.24 я на 1 м2 рабочей площади печи).

Суточную производительность печи можно определить по формуле

Q = K (n(D2 — d2) / 4) n,

где:

Q — количество колчедана, обжигаемого в сутки, кг;

К — удельная производительность, кг/м2 сутки;

D — внутренний диаметр печи, м;

d — наружный диаметр вала, м;

n — число этажей печи.

Удельная производительность работающих печей на целлюлозных заводах составляет 100–110 кг/м2 сутки; на сернокислотных заводах она достигает 250–300 кг/м2 сутки.

Основные данные печен распространенных типов приведены в табл. 6.

Основные данные печей распространенных типов

Таблица 6.

Порядок пуска печи в работу. Перед загрузкой печи огаркамн все этажи посыпают тонким слоем (1–2 см) нагретого мелкого песка Во избежание образования корок от пригоревших огарков. После заполнения всех этажей печи огарками в нижнем этаже разводят огонь и прогревают печь около двух суток. Дверки на этажах должны быть открыты для удаления влаги. Через двое суток разводят огонь в первом этаже, через трое суток в пятом, а через четверо суток — в четвертом этаже. Если печь 9-этажная, то на шестой день разводят огонь в третьем этаже и интенсивно топят в четвертом и третьем этажах до получения красного каления.

После того как обмуровка сводов и а третьем и втором этажах нагревается до красного каления, из печи удаляют недогоревшие поленья и золу.

Сначала печь пускают в работу на холостом ходу для удаления остатков угля, песка, золы и огарка, а затем начинают вводить колчедан. Воздух для горения подводится в печь через отверстия на нижнем этаже.

Горизонтальные вращающиеся печи для обжига колчедана. Горизонтальные вращающиеся печи в СССР применяются сравнительно редко.

Вращающаяся колчеданная печь представляет собой длинную футерованную огнеупорным кирпичом металлическую трубу вращающуюся на роликах от трансмиссии через систему передач. Внутри печь имеет несколько продольных полочек, выполненных с помощью кирпичей, выступающих над поверхностью кладки на 100–130 мм. Иногда в задней половине печей такие полочки заменяют вставленными лопастями из гуронита (чугун с 12 %-ным содержанием марганца). При вращении печи колчедан захватывается полочками и ссыпается вниз, в результате чего он хорошо перемешивается с воздухом и сгорает.

По длине печь кольцевыми рядами выступающих кирпичей разделена на несколько равных отсеков, которые задерживают продвижение колчедана, увеличивая тем самым время пребывания его в печи для снижения содержания серы в огарке. На торцах печи имеются неподвижные головки. Через головку у переднего конца печи загружают колчедан и отводят газовую смесь; через головку у заднего конца печи отводят огарок. Воздух для горения подают через специальные сопла, расположенные по длине печи.

Содержание SO₂ в газах из вращающихся печей выше, чем в полочных печах, и составляет 10–11 %. Количество серы в огарке 1–2,5 %, вынос пыли из печи составляет примерно 5–10 % от загружаемого колчедана, количество SO₂ в газе порядка 0,5 %. Наибольшая температура в печи 1050°, температура газа на на выходе около 520°, температура огарка 600°. Разрежение в передней головке 18–20 мм вод. ст. Число оборотов печи в минуту 0,20–0,33. Производительность вращающихся печей, отнесенная к единице их внутренней поверхности, составляет около 130 кг/м2 сутки, а отнесенная к единице полного объема печи — до 250 кг/м3 сутки.

Характеристика горизонтальных вращающихся печей в зависимости от их размеров приведена в табл. 7.

Характеристика горизонтальных вращающихся печей

Таблица 7.

Производительность печи определяется по формуле

q — интенсивность печи, кг/м3 сутки;

V — объем печи, м3.

К преимуществам вращающихся колчеданных печей следует отнести простоту их конструкции, надежность в работе, пригодность для сжигания рядового и флотационного колчедана без предварительной его подсушки. Кроме того, они обладают вполне удовлетворительными технологическими показателями и легко поддаются регулированию.

К недостаткам печи следует отнести их малую производительность, большую по сравнению с полочными печами занимаемую площадь, высокую стоимость печен из-за большого расхода металла и футеровочных материалов.

Камерные печи пылевидного обжига. Эти печи применимы только для флотационного колчедана. Специальный размол кускового колчедана для обжига во взвешенном состоянии невыгоден, так как слишком дорог.

Печи пылевидного обжига (печи Никольс-Фримена) получили широкое распространение и Америке и в Европе. Смесь флотационного колчедана с воздухом подается в печь сверху через центр свода.

В Советском Союзе получили распространение печи с нижней подачей колчедана в печь.

Печь представляет собой железный цилиндрический резервуар с нижним коническим основанием, футерованный внутри огнеупорным кирпичом или жаропрочным бетоном.

Флотационный колчедан в смеси с воздухом вдувается в печь с помощью форсунки, установленной в печах с верхней подачей в крышке, а в печах с нижней подачей — в нижнем конусе.

Для защиты верхнего свода от действия высокой температуры и снижения температуры газов у печей с нижней подачей колчедана верхнюю крышку изнутри экранируют стальными трубками, в которых циркулирует вода (5 м3 на 1 т колчедана). Выход газов из печи производится через боковой штуцер, расположенный внизу под углом к вертикальной оси печи. Газ из печи поступает в пыльник для очистки его от крупной пыли.

Запыленность газа на выходе из пыльника составляет 100 г/нм3.Требуемое давление воздуха при нижней подаче не ниже 600 мм вод. ст., при верхней подаче 100–150 мм вод. ст. Скорость в пневмолинии не менее 20 м/сек, при выходе из форсунки 27–35 м/сек.

Частицы колчедана, вдуваемые в печь снизу, под действием сильной струи воздуха поднимаются вверх, а затем медленно падают вниз. Двойной путь движения колчедана способствует более полному выгоранию серы. В связи с высокой температурой огарков их необходимо охлаждать. Охлаждение осуществляется в футерованном барабане, орошаемом водой.

Ввод вторичного воздуха у печей с нижней подачей колчедана производится в верхнюю часть печи, при верхней подаче — в нижнюю часть. Отношение объема первичного воздуха подаваемого в форсунку, к вторичному 1:0,4.

Влажность колчедана, сжигаемого в таких печах, должна быть не более 4 %. В случае повышенной влажности его необходимо подсушивать в специальной сушильной установке.

Интенсивность печей для обжига флотационного колчедана во взвешенном состоянии составляет 600–100 кг колчедана на 1 м3 объема печи в сутки. Для увеличения производительности печь может быть снабжена боковыми экранами.

Нормальный режим работы печи определяют следующие параметры:

Влажность колчедана, % ……………… 1,5–3

Интенсивность печи, кг/м3 сутки ……………… 500

Концентрация SO₂ в газе, % ……………… 11–11,5

Температура газа на выходе из печи, °С ……………… 850

Разрежение в печи, мм рт. ст. ……………… 0–4

Содержание серы в огарке, % ……………… 0,9–1,9

Преимущества данных печей по сравнению с ранее рассмотренными следующие:

1. Более высокая производительность на единицу объема (превышает по производительности полочную в 2.5–3 раза).

2. Тепло газов может быть использовано в котлах-утилизаторах для получения пара (съем пара 0,5 кг на 1 кг колчедана).

3. Просты по конструкции, компактны, не содержат вращающихся частей.

4. Легко поддаются регулировке; контроль и управление режимом могут быть автоматизированы.

5. Незначительное содержание в газе SO₂.

К недостаткам печей пылевидного обжига колчедана можно отнести следующие:

1. На качество работы этих печей сильно влияет степень распыления колчедана по всему сечению печи. Для равномерного распыления необходимы сушка и отсев колчедана перед подачей его в печь, что усложняет и удорожает систему получения SO₂ (приводит к потерям колчедана до 4 % от общего его расхода и вызывает дополнительные расходы на оборудование, топливо и рабочую силу).

2. Печи пылевидного обжига очень чувствительны к изменениям загрузки и тяги, что вызывает колебания концентрации SO₂ в отходящих газах.

3. Пылеунос этих печей велик и при интенсивности обжига 800–1000 кг/м3 сутки составляет 60–70 %, что очень усложняет очистку газа от пыли.

4. Недожог серы в огарке достигает 2,5 %.