Пособие кислотчику сульфитно-целлюлозного производства

Оборудование для сжигания серусодержащего сырья

Вращающиеся серные печи. Вращающаяся серная печь (рис. 7) Представляет собой склепанный или сваренный из стальных листов цилиндр с конусами на обоих концах. Корпус печи с помощью роликов, на которые он опирается бандажами, вращается от электродвигателя через трансмиссию и червячную передачу. Печь делает 1–1,5 оборота в минуту.

Рис. 7. Установка вращающейся серной печи:

1 — транспортер для серы; 2 — бункер; 3 — питатель; 4 — серная печь; 5 — камера дополнительного сгорания.

Сера подается в печь в твердом виде с помощью шнека или в расплавленном виде. Воздух поступает в печь с переднего торца через регулируемые прорези. Расплавленная сера прилипает к стенкам вращающейся печи тонким слоем и сгорает, образуя газ SO₂.

Для уменьшения потерь тепла за счет лучеиспускания печь иногда внутри футеруют огнеупорным кирпичом.

Производительность вращающихся серных печей может быть увеличена за счет подачи подогретого воздуха и установки камеры дополнительного сгорания. Пропуская воздух перед подачей в печь между корпусом печи и специальным металлическим кожухом, можно подогреть его до температуры 200°, что приведет к увеличению производительности печи и пониженному содержанию SO₃ в газовой смеси.

Камера дополнительного сгорания может быть или металлической с внутренней футеровкой огнеупорным кирпичом, или кирпичной. Для лучшего смешивания с несгоревшими частицами серы воздуха, подаваемого в камеру дополнительного сгорания через регулируемые заслонкой отверстия, в камере делают перегородки. Камеру дополнительного сгорания рекомендуется делать в 3–5 раз больше объема печи.

Основное внимание при работе печи должно быть обращено на правильное соотношение количества серы и воздуха для горения. Нарушение этого соотношения почти всегда приводит к сублимации (возгонке) серы, при которой в газе наблюдается присутствие паров нес горе вшей серы. Сублимация серы может привести к частичному забиванию газоходов и увеличению сопротивления тракта очистки и охлаждения газа.

Температура газов ил выходе из печи без обмуровки 700–800°, а из печи с обмуровкой 900–1000°.

Производительность вращающейся серной печи может быть рассчитана по формуле

где:

k — съем сгорающей серы с 1 м² поверхности печи, кг/сутки;

F — поверхность горения, м².

где Ь — отношение объема камеры дополнительного сгорания к объему печи.

где:

D — диаметр печи, м;

L — длина печи, м.

Здесь в поверхность горения включается не только зеркало расплавленной серы, но и верхняя полуповерхность цилиндра.

Подставляя полученные значения в первую формулу, находим, что

Q = 200 (1 + b) x 2,5 DL = 500 DL (1 + b)

при b = 2,5 Q = 1750 DL (k = 700 кг/сутки);

при b = 3 Q = 2000 DL (k = 800 кг/сутки);

при b = 5 Q = 3000 DL (k = 1200 кг/сутки);

Характеристика существующих вращающихся серных печей при установке камеры дополнительного сгорания с b = 2,5 в зависимости от тяги приведена в табл. 3.

Таблица 3.

Стационарные серные печи. Стационарная серная печь представляет стальной сварной цилиндр, футерованный внутри огнеупорным кирпичом и имеющий несколько перегородок для лучшего смешения серы с воздухом (рис. 8). Сера подается в печь в расплавленном виде с температурой 120–125° по трубопроводу, снабженному паровой рубашкой. Распыление серы производится через форсунки с помощью сжатого воздуха, пара или насосом для расплавленной серы. Вводимая в печь сера распыляется на мельчайшие капельки и хорошо перемешивается с воздухом.

Печной газ на выхода из стационарных серных печей имеет концентрацию SO₂ 18–19 % и температуру 1300–1500°. Высокая температура внутри печи и незначительный избыток воздуха, подаваемого в печь вентилятором через регулируемые прорези около форсунок, почти полностью исключают образование SO₂.

Рис. 8. Стационарная серная печь:

1 — корпус; 2- футеровка; 3 — перегородки; 4 — подача воздуха; 5 — подача расплавленной серы; 6 — подача мазута; 7 — выход газа; 8 — опоры.

Тепло печных газов может быть использовано для получения пара при установке после печи котла-утилизатора. Количество получаемого пара составляет 3–3,5 кг на 1 кг сжигаемой серы.

Часовая производительность стационарных серных печей составляет 40–50 кг серы на 1 м³ объема печи.

Производительность печи определяется по формуле

где:

К — напряжение печи, равное 80 000–100 000 ккал/м³ч;

V — объем печи, м³;

q — тепловой эффект при сгорании 1 кг серы (для чистой серы равен 2211 ккал/кг).

Характеристика стационарных серных печей приведена в табл. 4.

Таблица 4.

Печь для сжигания серы в жидком кипящем слое. В последнее время на Константиновском химическом заводе разработана новая конструкция печи для сжигания серы в жидком кипящем слое, в котором материалом слоя служит сама расплавленная сера. Производительность сконструированной опытно-промышленной печи составляет 20–25 т/сутки по сжигаемой сере. Концентрация SO₂ 17,5–18,6 %. температура на выходе из печи 940°.

Печь состоит из стального вертикального цилиндра, в нижней части переходящего в конус. Внутренняя поверхность печи футерована двумя слоями огнеупорного кирпича. В нижней части печи установлена решетка, состоящая из керамических плиток с мелкими отверстиями, и съемная камера для воздуха.

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.

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.

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

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.

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.

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:

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 %.

Печи для обжига колчедана в кипящем слое. В печах для обжига в кипящем слое горение колчедана происходят при продувании через него воздуха, который обволакивает отдельные частицы материала и приводит их в движение, создавая тем самым по внешнему виду процесс, напоминающий кипение. Этот способ обжига колчедана наиболее прогрессивен. В результате хорошего контакта частичек колчедана высокая концентрация SO₂ в газе (до 15 %) и происходит более полное выгорание серы из колчедана. Содержание серы в огарке составляет 0,5–1,5 %. В печах кипящего слоя, в отличие от печей пылевидного обжига, может обжигаться как флотационный, так и дробленый колчедан. Высокая интенсивность обжига в печах кипящего слоя дает возможность получить достаточно крепкий газ из малосернистых видов колчедана.

В зарубежной практике печи для сжигания колчедана в кипящем слое используются довольно широко. Корпус печей изготовляется круглым (печи Лурги) или прямоугольным, скомпонованным с котлом-утилизатором (печи фирмы Альстрем). Печи, выпускаемые компанией Дорр, применяются для флотационного колчедана, который подается в печь в виде пульпы с содержанием воды 20–25 %.

В Советском Союзе печи для сжигания колчедана в кипящем слое находят широкое применение в химической промышленности (сернокислотные заводы), а также на цинковых и медеплавильных заводах. В целлюлозно-бумажной промышленности печь для обжига колчедана в кипящем слое работает на Калининградском ЦБК № 1, проектируется установка печи конструкции Гипрохим на Камском ЦБК и печи конструкции НИИХИММаш — на Балахнинском ЦБК.

В химической промышленности существуют два типа печей печь для сжигания колчедана с постоянным сечением кипящего слоя (печи конструкции Гипрохим типа КС) и печь для сжигания колчедана в расширяющемся кипящем слое (печи конструкции ЛенНИИХИММаш типа УРКС). Основное их отличие в форме образующегося кипящего слоя: в печах типа КС сечение кипящего слоя постоянно, в печах типа УРКС форма кипящего слоя конусообразно-кольцевая, расширяющаяся кверху. Площадь воздухораспределительного пода в печах УРКС в 6–7 раз меньше площади верхнего основания. Такое соотношение площадей дает возможность создавать большие скорости воздуха в нижней части кипящего слоя.

Большая скорость воздуха на поде вызывает энергично кипение, предупреждающее скопление на нем крупных частиц, а небольшая скорость газов на выходе из кипящего слоя способствует малому пылеуносу. Если в печах типа КС при обжиге флотационного колчедана пылеунос может доходить до 100 %, в печах типа УРКС пылеунос составляет 26–30 %. Скорость газов на выходе из кипящего слоя в печи с постоянным сечением примерно в 8 раз больше, чем в печи УРКС.

Второй отличительной чертой печи УРКС по сравнению с печью типа КС и другими конструкциями печей кипящего слоя является тангенциальная подача вторичного воздуха из сопла с большой выходной скоростью (50–60 м/сек). Благодаря этому в шахте печи образуется турбулентный вращающийся поток, который обеспечивает хорошее перемешивание продуктов горения кипящего слоя с воздухом и полное выгорание серы.

Благодаря большой скорости воздуха под кипящим слоем и малой скорости на выходе из кипящего слоя печь типа УРКС применима как для обжига дробленого, так и флотационного колчедана. Печь работает устойчиво при колебаниях нагрузки в пределах 25 % от расчетной производительности в ту или иную сторону.

НИИХИММаш разработал четыре типоразмера печей типа УРКС с производительностью 60, 100, 140, и 200 т/сутки.

Колчеданные печи типа типа УРКС (рис. 11) имеют цилиндрическую форму. Стенки печей выложены из шамотного кирпича с тепловой изоляцией из легковеса и диатомитовой засыпки между кладкой и кожухом. Свод печи может быть выполнен в двух вариантах: плоский из жароупорного бетона со стальным каркасом или сферический из шамотного кирпича.

Нижняя часть печей высотой около 1000 мм (высота кипящего слоя) выполнена в виде усеченного конуса. Нижнее основание конуса представляет собой под, выполненный в виде плиты из жароупорного бетона толщиной 200 мм, с гнездами для установки сопел подачи первичного воздуха. На поду установлены концентрические кольцевые насадки с треугольным сечением, изготовленные из жароупорного чугуна или бетона. В центре пола печи установлен сварной конус диаметром 1860 мм и высотой 1452 мм, с водяной рубашкой.

Кольцевые насадки вместе с центральным конусом и стенками печи образуют расширяющиеся кверху концентрические каналы.

Литые чугунные сопла с внутренним диаметром 35 мм и толщиной стенки 8,5 мм вставляются снизу в предназначенные для них гнезда и закрепляются клиньями. В боковых стенках сопла имеется семь отверстий диаметром 5 мм для выхода воздуха.

Под подом печи расположена кольцевая воздушная камера высотой около 1800 мм. Воздух подается в камеру тангенциально, по двум трубам, направленным под углом 30° к радиусу камеры.

В шахте печи на высоте 1,5 м над уровнем кипящего слоя под утлом 10° к радиусу установлены четыре сопла для подачи вторичного воздуха. Воздух поступает в сопла из кольцевого коллектора.

Для отвода от кипящего слоя избыточного тепла применяются охлаждающие элементы (змеевики из труб). В охлаждающие элементы подается свежая умягченная вода. Тепло, отбираемое от кипящего слоя, может быть использовано на получение пара высокого или низкого давления или на нагревание воды до 60 °C.

В шахте печи над кипящим слоем установлены два сопла для подачи воды на случай внезапного подъема температуры в кипящем слое (при выходе из строя охлаждающих элементов).

Рис 11. Колчеданная печь тип УРКС:

1 — вариант с плоским сводом из жароупорного бетона; 2 — вариант со сферическим свода из шамота.

Подача в печь колчедана осуществляется электровибрационным питателем, установленным на высоте 260 мм над уровнем кипящего слоя под углом 4° к горизонту. Часть питателя, находящегося внутри печи, защищена водяной рубашкой. Питатель обеспечивает равномерную подачу колчедана и исключает необходимость применения течки и форкамеры, что имеет место у печи конструкции Гипрохим. Над питателем устанавливается бункер объемом 1,5 м³ с электровибрационным встряхивателем по избежание зависания материала.

Выгрузка огарка из печи производится по течке сечением 200 x 200 мм, расположенной диаметрально противоположно загрузке колчедана. Низ течки выполнен на одном уровне с подом печи, что предупреждает накапливание на поде крупных кусков. Количество огарка, выходящего из кипящего слоя, регулируется секторным затвором, который выпускает огарок через заданные промежутки времени.

Рис. 12. График зависимости производительности печей типа УРКС от концентрации газов.

На верхнем уровне кипящего слоя установлена течка диаметром 120 мм с углом наклона 45° к горизонту, позволяющая регулировать и контролировать высоту уровня кипящего слоя.

Отвод газа из печи производится через боковой штуцер, расположенный под верхним сводом печи.

Для пускового разогрева печи предусмотрены мазутные форсунки.

Основные параметры и размеры печей типа УРКС приведены в табл. 8.

Таблица 8.

Границы производительности печей УРКС-60, УРКС-100, УРКС-140 и УРКС-200 в зависимости от получаемой крепости газа (от 10 до 15 %), а также количество необходимого воздуха показаны на рис. 12. Оптимальная производительность печей обозначена штрих-пунктирной линией.

Оборудование для охлаждения и очистки печных газов

В сульфитно-целлюлозном производстве широкое применение нашли различного рода промывные аппараты. Это промывалки системы Доренфельда, Лурги и др.

Промывалка системы Доренфельда, применяемая для охлаждения и очистки газа после механических полочных печей, состоит из наружного металлического корпуса диаметром 1,2–1,5 м и высотой 3,5÷4,0 м и внутреннего свинцового цилиндра диаметром 0,8÷1,0 м и высотой 3,0÷3,5 м. Между цилиндрами циркулирует холодная вода, подаваемая в систему снизу и отбираемая сверху. Газ подается по чугунному газоходу сверху во внутренний цилиндр, в верхней части которого имеются спрыски для подачи промывной воды (давлением 30÷40 м вод. ст.) Промывка газа, т. е. очистка его от примесей, происходит тем лучше, чем больше воды поступает в промывалку при условии ее хорошего разбрызгивания. Но при этом возрастают и потери сернистого газа. Для снижения их при промывке газа необходимо применять оборотную воду, очищенную от огарковой пыли.

В промывалках Доренфельда газ охлаждается с 450–500 до 150–120°. Сопротивление таких промывалок 10–15 мм вод. ст. Производительность промывалки 8–12 т колчедана в сутки. Эффект очистки от пыли 50–60 %, от SO₃ 30–40 %.

В промывалках системы Лурги устранен прямоток (недостаток промывалок Доренфельда), когда газ и промывная вода движутся в одном направлении. При прямотоке эффект очистки газа значительно меньше, чем при противотоке.

Промывалка Лурги представляет железобетонную башню, облицованную внутри кислотоупорными шамотными плитками. Газ подводится сверху в центральную трубу, не доходящую до дна промывалки, затем газ изменяет направление и движется вверх навстречу промывной воде, подаваемой к спрыскам под давлением 1,5–2,5 атм. Расход воды 2,5–4,2 м³/ч.

В настоящее время для охлаждения и промывки печного газа применяются скрубберы I и II ступени.

Скруббер I ступени (полый) служит для охлаждения газа 1200 до 350 °C. Корпус скруббера стальной, футерованный кислотоупорным кирпичом (рис. 13). В нижней его части, где возможно скопление промывной воды, на высоту 0,4–0,7 м под футеровку укладывается свинцовая прокладка для защиты корпуса от возможного воздействия серной кислоты. Штуцера также защищены под слоем кислотоупорного кирпича свинцовым вкладышем.

Газ входит в нижнюю часть скруббера и выходит через штуцер, расположенный в верхней крышке или в боковой стенке.

В средней средней части скруббера имеются два ряда спрысков для охлаждения газа. Некоторые конструкции скрубберов имеют в нижней части сужение сечения скруббера, создаваемого футеровкой. Нижний ряд спрысков располагается над этим сужением, благодаря чему обеспечивается более интенсивное перемешивание по-тока газа с водой. Для орошения используется горячая оборотная вода с температурой 60–70°. Количество подаваемой воды, а следовательно, и температуру газа следует регулировать отключением отдельных форсунок. Работу каждой форсунки следует проверять не реже одного раза в сутки.

Расчетный расход воды при охлаждении газов, полученных в серной печи, с 1200 до 350° составляет 0,1 м³/ч на 1 т сжигаемой серы в сутки.

Рис 13. Скруббер I ступени:

1 — корпус; 2 — футеровка; 3 — штуцер для газа; 4 — распылитель; 5 — трубопровод воды; 6 — окно смотровое; 7 — промывной штуцер.

Скруббер с насадкой II ступени. Посадочный скруббер служит для охлаждения газа после полого скруббера с 350 до 35°.

Скруббер (рис. 14) представляет стальной цилиндр, футерованный внутри кислотоупорным кирпичом на диабазовой замазке. Между корпусом и кирпичом прокладывается слой полиизобутилена.

Рис 14. Скруббер II ступени:

1 — корпус; 2 — футеровка; 3 — штуцер для газа; 4 — брызгало; 5 — площадка; 6 — насадка из колец Рашига; 7 — колосниковая решетка; 8 — люк; 9 — промывной штуцер.

В нижней части скруббера находится сборник оборотной воды. Штуцера входа и выхода газа защищены, кроме полиизобутилена, свинцовыми вкладышами Для укладки керамической насадки (кольца Рашига) в скруббере имеется колосниковая решетка, выполненная из андезитового камня.

В некоторых конструкциях скрубберов насадка укладывается в два яруса, каждая на свою колосниковую решетку. Это дает возможность в случае забивания нижнего ряда насадки сублимированной серой заменить часть насадки, не разгружая весь скруббер.

В скруббере используется принцип противотока: газ входит в нижнюю часть скруббера под колосниковую решетку, а выходит в верхней части корпуса. Орошающая вода подается на насадку сверху. Для работы скруббера большое значение имеет степень орошения насадки, причем существует много различных устройств для орошения насадок. Плотность орошения скруббера с насадкой обычно находится в пределах 18–25 м³ воды на 1 м² сечения скруббера в час.

Скруббер имеет несколько люков, расположенных на различной высоте корпуса и служащих для укладки и замены насадки.

По орошающей воде для уменьшения потерь SO₂ скруббер должен быть замкнут на себя, т. е. оборотная вода из нижней части скруббера с температурой 60–70° направляется в тепло-обменник и, охладившись в нем до температуры 20–30°, подастся на орошение в верхнюю часть. Характеристика оборотной воды приведена в табл. 9.

Таблица 9.

Кроме охлаждения газа, в скруббере с насадкой происходит улавливание пыли. На степень улавливания пыли влияют скорость газа в скруббере, интенсивность орошения, вид насадки, режим охлаждения, размер частиц пыли, запыленность газа.

Пенные аппараты. Широкое применение в промышленности находят пенные аппараты. Они бывают двух типов: с перекрестным током газа и жидкости при перетекании жидкости по переливным устройствам; с противотоком газа и жидкости при перетекании (провале) жидкости через отверстия решеток. Пенные аппараты малогабаритны, просты в изготовлении и эксплуатации, обеспечивают высокую степень очистки при малом расходе и большом диапазоне изменения нагрузки.

В пенных аппаратах идет одновременный процесс охлаждения и очистки газа от огарковой пыли, селена и его соединений, от SO₃.

Пенные аппараты могут работать при скорости газа в полном сечении аппарата 0,5–3,5 м/сек. Оптимальная скорость газа зависит от интенсивности работы, полноты протекания процесса очистки и охлаждения (к. п. д.), гидравлического сопротивления, брызгоуноса и т. д. Работа пенного аппарата определяется в основном высотой слоя пены и степенью ее турбулентности.

Основным конструктивным элементом пенного аппарата является решетка, которая вместе с находящейся на ней жидкостью (пеной) называется полкой аппарата. Число полок в аппарате зависит от его назначения.

Для охлаждения температуры печных газов с 900 до 350° используется аппарат с одной полкой. Коэффициент полезного действия одной полки пенного аппарата в некоторых случаях достигает 99 %.

Пенный аппарат (рис. 15) представляет собой резервуар прямоугольного, реже круглого сечения, разделенный горизонтальными решетками. В нижней части аппарата имеется сборник оборотной воды.

Рис. 15. Пенный аппарат:

1 — корпус; 2 — порог; 3 — сливная коробка; 4 — решетка; 5 — гидравлический затвор; 6 — приемная коробка.

Решеткой в пенных аппаратах служит перфорированный лист из кислотостойкого материала с круглыми или прямоугольными (щелевидными) отверстиями. Решетка может состоять из отдельных колосников (в случае большого сечения аппарата).

Вода подается на верхнюю решетку через приемную коробку, которая обеспечивает равномерное поступление жидкости по всей ширине решетки. Вода движется по решетке в виде пены, затем переливается через порог, попадает в сливную коробку, где происходит разрушение пены. Затем через гидравлический затвор и перелив жидкость стекает на следующую решетку, где снова вспенивается и т. д, Газ подается под нижнюю решетку. Проходя через все решетки, он вспенивает находящуюся на них жидкость, взаимодействуя с ней, охлаждается и очищается от загрязнений. Очищенный газ выходит через верхний штуцер.

Кроме аппаратов, работающих с удалением пены через сливное устройство с порогом (т. е. при перекрестном токе газа в жидкости на решетке), имеются аппараты, в которых вся жидкость протекает сквозь отверстия решетки. Конструктивно эти аппараты отличаются отсутствием порога и сливной коробки. В зависимости от температуры поступающих газов корпус аппарата изготовляется в жароупорном или обычном исполнении.

На Светогорском ЦБК установлен двухполочный пенный аппарат. Диаметр аппарата 1600 мм, расстояние между решетками 600 мм. Отверстия в верхней решетке диаметром 3 мм с шагом 5 мм. Диаметр отверстий на второй решетке 4 мм, шаг 6 мм. Сопротивление каждой решетки 50 мм вод. ст., площадь перфорированной части 77 % от общей площади поперечного сечения аппарата. Для орошения используется оборотная вода.

На Калининградском ЦБК № 2 работает установка для охлаждения горячего печного газа, состоящая из трех аппаратов; двух барботажных газопромывателей провального типа (горячего и холодного) и одного десорбера.

Первый газопромыватель полый футерованный цилиндр с одной перфорированной тарелкой. Газ с температурой 500–700° охлаждается до 50–60°.

Охлаждающая вода подается через форсунки в верхней части промывателя. Площадь тарелки 1 м², она выполнена из стали марки Х18Н9Т толщиной 6 мм. Диаметр отверстий 6 мм, шаг 12 мм. Сопротивление промывателя 20–25 мм вод. ст.

Второй промыватель имеет две тарелки площадью 0,95 м². Расстояние между тарелками 400 мм Тарелки выполнены из винипласта толщиной 8 мм, диаметр отверстий 6 мм, шаг 12 мм. Корпус аппарата защищен внутри обкладкой из свинца.

На орошение подается вода с температурой 20°. Газ охлаждается до 30–35°. Вытекающая вода имеет 30–38° и содержит 0.4–0.5 % SO₂. Оборотная вода от второго промывателя подается на орошение в горячий промыватель.

Сопротивление холодного газопромывателя 130–140 мм вод. ст. Степень улавливания сернокислого тумана достигает 90 %.

Для сокращения потерь SO₂ оборотня вода после горячего промывателя подается на десорбер, аналогичный по конструкции холодному промывателю, но с большим числом тарелок. Внутренний диаметр аппарата 0,67 м. Степень отдувки SO₂ 80–90 % при расходе воздуха 50–60 м³ на 1 м³ воды.

Степень очистки газа на пенных аппаратах примерно соответствует очистке его на сухих и мокрых электрофильтрах, т. е. 95–99 %.

Воздушно-газовые теплообменники. В настоящее время для охлаждения печных газов после колчеданных печей кипящего слоя с успехом применяются воздушно-газовые теплообменники.

Воздушно-газовый теплообменник представляет собой трубчатый холодильник. В верхней части его находится приемная камера, в которую сбоку подается печной газ. Приемная камера стальная, футерованная жароупорным бетоном. Для удобства чистки камера имеет съемную крышку. Приемная камера при помощи фланцев соединена со средней трубной частью холодильника (рис. 16). Трубки холодильника выполнены из кислотоупорной стали и завальцованы в трубную решетку, которая сверху защищена слоем жароупорного бетона. Нижняя трубная решетка соединена с двухлинзовым компенсатором. В межтрубное пространство подастся охлаждающий воздух.

Рис. 16. Установка воздушно-газовых теплообменников:

1 — компенсатор; 2 — бункер; 3 — газоход; 4 — верхняя секция; 5 — нижняя секция; 6 — приемная коробка; 7 — трубчатка.

Газ, пройдя трубную часть, поступает в нижнюю камеру. Нижняя камера стальная, футерованная жароупорным бетоном, имеет конус для сбора огарка. Газ выводится из камеры вверх под углом около 50°. Благодаря этому часть огарка за счет инерционных сил остается в конусной части камеры и через затвор-мигалку поступает в тракт удаления огарка. В нижней камере сбоку имеется лаз для чистки.

Для предотвращения забивания трубного пространства скорость газа должна поддерживаться в пределах 20–23 м/сек. Температура отходящего газа регулируется путем изменения количества воздуха, подаваемого на охлаждение. Такие теплообменники хорошо зарекомендовали себя в кислотном цехе Воскресенского химического комбината.

Для удобства обслуживания воздушно-газовые теплообменники устанавливаются в две ступени.

Трубки воздушно-тазовых теплообменников должны периодически (раз в квартал) осматриваться и в случае необходимости прочищаться. Снижение температуры выходящего воздуха при постоянном его расходе и температуре печного газа свидетельствует о забивании трубок огарком.

На газоходах входа и выхода газа и между теплообменниками устанавливаются термометры сопротивления и газозаборные устройства.

Циклоны — центробежные пылеуловители. Отделение пыли от газа в циклоне основано на использовании центробежной силы. Это объясняется тем, что частица, приведенная во вращение по окружности радиуса R, приобретает центробежную силу. Скорость осаждения частиц шарообразной формы под действием этой силы выражается формулой

где:

R — радиус вращения, м;

η — вязкость среды, кг/секм²:

υ — окружная скорость потока, м/сек;

g — ускоренно силы тяжести, м/сек².

Газ подводится к циклону по касательной, пройдя входной патрубок, он завихряется и, огибая выхлопную трубу, направляется вниз по цилиндрической части корпуса. По мере движения газового потока вниз к конусной части взвешенная пыль отбрасывается к стенке корпуса и движется к пылевыпускному отверстию, а затем в бункер для пыли.

Очищенный таз движется по восходящей спирали в центральной части циклона и по выхлопной трубе выводится из циклона. К нижней части бункера для пыли примыкает пылевой затвор. Скорость газа во входном патрубке циклона должна быть 12–22 м сек. С помощью циклонов можно улавливать частицы размером 10–200 мк. Диаметр циклона зависит от характера пыли и величины газового потока. Для более полного удаления частичек пыли с минимальными размерами применяются батарейные мультициклоны. Диаметр корпуса циклонов 100–1000 мм, а батарейных мультициклонов 40–250 мм.

В табл 10. приведены приближенные значения коэффициента очистки газов от пыли для циклонов НИИОГАЗ и батарейных мультициклонов.

Таблица 10.

Циклоны, предназначенные для очистки газов с температурой более 400, футеруют жароупорными материалами (бетон, керамика и др.). При температуре газа до 400° их изготавливают из обычной стали.

Батарейные мультициклоны компонуются в едином корпусе.

Приведение газового потока во вращательное движение обеспечивается при помощи различного рода завихряющих устройств, которые делятся на два основных вида: винт и розетка.

Винт имеет две лопасти, расположенные между корпусом циклона и отводящей трубой, угол наклона 25°.

Розетка расположена в верхней части корпуса циклона и снабжена восемью лопатками с углом наклона 25–30°.

Электрофильтры. Действие электрофильтров основано на использовании явления ионизации газов с помощью электрических разрядов.

Установка электрофильтров состоит из собственно электрофильтра — осадительной камеры, через которую проходит печной газ, подлежащий очистке, и из высоковольтной аппаратуры, устанавливаемой в преобразовательной подстанции и предназначенной для питания электрофильтра током высокого напряжения. Преобразовательная подстанция состоит из регулятора напряжения, высоковольтного трансформатора, преобразующего переменный ток напряжением 220–380 В в ток напряжением до 100 000 В, и выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный.

Очистка газа в сухих электрофильтрах. Печные газы, охлажденные до 400–500°, проходят через осадительную часть электрофильтра, где. монтированы электроды двух типов: осадительные и коронирующие. Между пластинами осадительных электродов, соединенных с положительным полюсом выпрямителя, размена мы проволочные коронирующие электроды, изолированные от земли и соединенные с отрицательным полюсом выпрямителя. При подаче напряжения на электроды в пространстве между ними возникает электрическое поле, величину которого можно регулировать путем изменения подаваемого напряжения. При увеличении напряжении до определенной величины в пространстве между электродами образуется разряд. Основная масса взвешенных части и осаждается на осадительных электродах. Пылевидные частицы удаляются с электродов встряхиванием, которое производится при помощи кулачков, насаженных на вращающийся вал. Уловленная пыль собирается в нижней конусной части электрофильтра, откуда периодически удаляется.

Корпус электрофильтра кирпичный или металлический с тепловой изоляцией.

Электрофильтры в зависимости от направления движения газа бывают вертикальные типа ХК-30 и ХК-45 и горизонтальные типа ОГ-3–120, ОГ-4–8 (рис. 17) и ОГ-4–16.

Рис. 17. Электрофильтр ОГ-4–8:

1 — коронирующий электрод; 2 — осадительные электроды; 3 — газораспределительная решетка; 4 — встряхивание газораспределительных решеток; 5 — молотковый встряхиватель электродов; 6 — изоляторная коробка; 7 — встряхиватель электродов.

По числу осадительных полей, расположенных последовательно по ходу газа, электрофильтры могут быть трех и четырехпольные (ОГ-4–8 — четырехпольный электрофильтр).

Многопольные электрофильтры имеют более высокий коэффициент очистки газа от огарковой пыли. Нормальный коэффициент очистки газа от огарковой пыли в электрофильтрах ОГ-4–8 и ОГ-4–16 96–99 %.

Для очистки газа от селена и SO₃ устанавливаются мокрые электрофильтры. По принципу действия они аналогичны сухим электрофильтрам. В качестве осадительных электродов в мокрых электрофильтрах используются трубчатые или шестигранные коронирующие электроды из свинца. Корпус электрофильтров (рис. 18) выполняется из свинцового листа, укрепленного на корпусе из профильного железа.

Рис. 17. Электрофильтр ОГ-4–8:

1 — изоляторная коробка; 2 — отвод газа; 3 — система подвески коронирующих электродов; 4 — осадительный электрод; 5 — корпус; 6 — газораспределительная решетка; 7 — отвод конденсата; 8 — подача газа.

Печной газ при охлаждении до температуры 35–40° в скрубберах насыщен водяными парами. При этих условиях серная кислота находится в виде мельчайших капель тумана. Иногда газ дополнительно пропускают через специальную увлажнительную колонку или другие устройства.

При работе электрофильтра пары серной кислоты конденсируются на осадительных электродах и стекают вниз вместе с осевшими частичками селена. Селенсодержащий конденсат направляется на установку по сбору селенового шлама. Раз в 10 суток мокрые электрофильтры промываются горячей водой и паром.

Удаление колчеданного огарка. Колчеданный огарок от печей обжига и от аппаратов сухой очистки газов (пыльная камера, циклоны, электрофильтры и др.) по течкам и через специальные затворы попадает в тракт удаления огарка. Обычно это всевозможные транспортеры.

Например, на Камском комбинате огарок от полочных печей поступает на ленточный транспортер, затем в приемную камеру элеватора и в бункер, установленный вне здания. Из бункера огарок вывозят в отвал на автомашинах.

Для удаления огарка от полочных печей применяется также шнековая труба, которая представляет собой цилиндрический барабан с внутренним винтовым устройством. Труба бандажами опирается на ролики и приводится во вращение при помощи зубчатой передачи.

Огарок из печи по патрубку поступает в загрузочную коробку, откуда черпаками забирается в шнековую трубу. В нижней части загрузочной коробки имеется водяная рубашка для предварительного охлаждения огарков.

Дальнейшее охлаждение производится с помощью спрысков, установленных над шнековой трубой. Из шнековой трубы огарок поступает в ковшевой элеватор, затем подается в бункер, откуда ссыпается на железнодорожную платформу и отвозится в отвал.

Более совершенным способом удаления огарка является транспортер типа Рэдлер, представляющий собой обычный скребковый транспортер в герметическом корпусе. Дно корпуса охлаждается водой. Огарок поступает в транспортер через двойные пылевые затворы или мигалки, затем наклонным скребковым транспортером или элеватором его подают в бункер и далее в отвал.

На Калининградском ЦБК № 1 для удаления огарка от печи КС применена система шнеков.

Все эти транспортные устройства выполнены с учетом максимальной герметизации, однако в местах пересыпания огарка с одного транспортера на другой наблюдается значительное пыление.

Наиболее прогрессивным способом удаления огарков при обжиге колчедана является гидроудаление. При этом огарок от всех точек выделения через специальное устройство попадает в трубопровод, в которым подается оборотная вода. Смытый огарок поступает в приемную камеру с конусным дном, которая разделена на две секции для удобства обслуживания и чистки. Из приемных камер огарок насосами подается по чугунным трубопроводам в железобетонные отстойники прямоугольной формы. В отстойниках имеются две секции, работающие поочередно: в одной происходит отстаивание огарка, в другой — удаление его при помощи грейферных кранов на гусеничном ходу. Отстоявшаяся вода возвращается в кислотный цех на гидроудаление огарка. Расход воды 30 м³ на 1 т транспортируемого огарка. Для высаживания вредных примесей — селена, мышьяка и др., а также для нейтрализации SO₃ в оборотную воду добавляется известковое молоко.

Оборудование для получения кислоты

Турмы. Турма (рис. 19) представляет цилиндрическую башню, которая несколько расширяется книзу для обеспечения движения известняка. Отношение верхнего диаметра к нижнему обычно принимается равным 0,85. На высоте 3–7 м от основания башни устраивается колосниковая решетка для поддержания камней известняка. Решетка выполняется с некоторым наклоном в сторону выгрузочного отверстия. Ниже этой решетки на высоте 4 м устанавливается вторая решетка с более часто расположенными колосниками. Назначение ее — задерживать обломки известковых камней, образующихся при загрузке в результате раскалывания, и камней, объем которых уменьшился при растворении. Газ вводится в турму между колосниковыми решетками, проходит сквозь слой известкового камня и выводится через верхнюю крышку или сбоку. В нижней части турмы располагается сборник для кислоты, которая непрерывно откачивается насосом.

Рис. 19. Турмы.

Равномерное орошение жидкостью всего сечения турмы является одним из условий эффективности ее работы. Для этой цели в верхней части турмы располагаются различные устройства. Наиболее распространенными являются кольцевая труба с мелкими отверстиями и колокольный затвор (рис. 20). Последний представляет трубочку, вставленную в отверстие диаметром 20–30 мм и неплотно прикрытую свинцовым колпачком, нижняя часть которого погружена в воду, образуя гидравлический затвор. Вода поступает в турму, переливаясь через край трубочки. Так как все трубочки, образующие данное питательное устройство, расположены строго на одном уровне от поверхности (на котором разлита вода), орошение происходит равномерно по всему сечению.

Эффективным орошающим устройством являются к форсунки (спрыски), однако, чтобы они не забивались, необходимо применять только фильтрованную воду.

Загрузка турмы известковым камнем производится обычно через люки в ее верхней части и по высоте. Известковый камень подается на турмы подъемником в вагонетках, которые подвозятся к загрузочному отверстию по рельсам, проложенным на верхней площадке турм. На ряде заводов для подачи известняка применяется скиповой подъемник. В этом случае камень из ковша подъемника высыпается в специальный бункер над турмами.

Известняк, по мере расходования на химические реакции, уменьшается в объеме и постепенно опускается вниз. При этом он крошится, забивая промежутки между отдельными кусками, препятствуя проходу газа и увеличивая сопротивление турмы, поэтому турмы приходится периодически чистить и догружать свежим известняком.

Рис. 20. Приспособления для орошения:

а — колокольный затвор с гидравлическим колпачком: 1 — колпачок; 2 — свинцовый патрубок; 3 — трубка;

б — брызгало с креплением: 1 — кольцевая труба; 2 — крюки; 3 — отверстия для воды;

в — форсунка с завихрителем: 1 — шпиндель с двухходовой прямоугольной нарезкой; 2 — корпус;

г — форсунка с отражательным конусом: 1 — конус; 2 — сопло;

д — форсунка с отражателем: 1 — сопло; 2 — отражатель.

Над колосниковыми решетками устраивают специальные люки, через которые очищают решетки от мелочи, а затем удаляют и нижний слой камня для того, чтобы вызвать смещение верхних слоев камня и обновить его реакционную поверхность.

Раньше турмы сооружали из деревянной клепки и защищали от ударов камня обшивкой из досок или деревянными шашками. Сборники для кислоты облицовывали свинцом. Современные турмы выполняются из железобетона и защищаются облицовкой из кислотоупорных плиток и кирпича.

Турмы — это громадные сооружения диаметром до 3,8 м, высотой около 50 м, которые дополнительно утяжеляются известковым камнем. В связи с этим к фундаментам турм предъявляются высокие требования — необходимо тщательно следить за их состоянием, не допуская разъедания кислотой.

Производительность турмы характеризуется количеством кислоты (м³), получаемой в сутки с 1 м³ сечения. Расчетное сечение определяется по среднему диаметру турмы. Необходимый диаметр турмы находят по формуле

где:

D — диаметр башни, м;

Q — средняя производительность турмы м³/сутки;

k — количество орошающей жидкости, м³/сутки, на 1 м²/сутки сечения турмы.

Для однобашенной установки принимают съем с 1 м² сечениятурмы 100–150 м³/сутки. Диаметр турмы должен выбираться с таким расчетом, чтобы скорость прохождения газа соответствовала необходимой продолжительности реакции. Эта величина составляет 0,25–0,5 м³ в секунду на 1 м² сечения турмы.

Высоту насадки из известкового камня определяют исходя из крепости печного газа, допустимых потерь с непоглощенными газами и температуры орошающей воды. Все эти величины увязаны между собой через формулу, описывающую эффективность работы турмы на основе понятия высоты половинного поглощения

где:

С₁ — концентрация SO₂ в уходящих газах, %;

С — концентрация SO₂ в печных газах, %;

Н — высота столба известняка, м;

h — высота половинного поглощения, м.

Под высотой половинного поглощения понимают высоту, на которой поглотится половина всего SO₂, поступившего в башню. Высота половинного поглощения зависит от температуры.

Температура вода, °С …………………………… 5…10…12…15…18…20

Высота половинного поглощения, м …… 1,55…2,8…3,25…4,05…4,85…5,50

Считается, что для нормальной работы турмы отношения H/h не должно быть ниже 7.

При определении необходимое высоты насадки учитывается, что в процессе работы общая высота столба известняка падает, уменьшается соответственно и отношение H/h, следовательно, ухудшается эффективность работы турмы. Исходя из этого принимается запас высоты насадки и выбирается продолжительность работы турмы от загрузки до загрузки.

Башня Гиллера. В свое время башня Гиллера была единственным аппаратом, применявшимся в СССР для приготовления кислоты по известково-молочному способу. Башня строится из дерева и имеет прямоугольное сечение с размером в плане 2,0 x 2,2 м. По высоте она делится на 14 этажей.

Известковое молоко с концентрацией 1 % CaO подается на 14-й этаж и последовательно проходит все этажи, перетекая через переливные трубы. Газ подается в башню снизу, двигаясь противотоком по отношению к известковому молоку. Газ, имеющий большую скорость, как бы проталкивается через известковое молоко, в результате чего происходит бурление и интенсивное перемешивание газа и жидкости. На каждом из рабочих этажей расположены специальные перегородки, которые делят этаж на четыре секции и имеют в нижней части отверстия. Газ может проникнуть из одной секи и и в другую только через эти отверстия, которые погружены в известковое молоко, и таким образом он дополнительно перемешивается с жидкостью.

Готовая кислота собирается в сборник кислоты в нижней части башни; газ отводится с последнего этажа турбогазодувкой Основное затруднение, с которым приходится сталкиваться при работе, — частые засорения башни. Существенным недостатком башни является ее большое сопротивление (1800–2000 мм вод. ст.) движению газа.

Производительность башни 650–700 м³ кислоты в сутки.

Барботажная колонна. Производительность барботажной колонны в 6 раз больше, чем у башни Гиллера того же объема. Этот аппарат может применяться для получения кислоты со всеми видами основания, т. е. кальциевым, магниевым, натриевым и аммониевым.

Барботажная колонна (рис. 21) состоит из отдельных цилиндрических секций (царг), соединяющихся на фланцах в единую башню высотой 8–9 м. В каждой царге через 250 мм устанавливаются тарелки с некоторым уклоном (угол 3–5°). Для производства сульфитной кислоты применяются тарелки провального типа с отверстиями 4–6 мм и шагом 11–12 мм. В корпусе колонны предусматриваются специальные люки для осмотра и чистки тарелок.

Газ подводится снизу и проходит через отверстия в тарелках навстречу стекающей жидкости. В результате высокой скорости в отверстиях газ создает на тарелке барботажный слой, где газ и жидкость интенсивно перемешиваются. Жидкость подается в колонну сверху. Готовая кислота собирается в нижней части. Установленные на некоторых наших заводах барботажные колонны имеют диаметр 1,5 1 высоту 10 м и оборудованы 20 тарелками с отверстиями 6 мм к шагом 12 мм. Корпус колонны и сами тарелки изготовляются из кислотоупорной стали Х17Н13М2Т. Производительность такой колонны по кислоте 120 м³/ч, по газу 10 000 м³/ч. Сопротивление каждой тарелки 40–50 мм.

Рис. 21. Колонна барботажная:

1 — царга; 2 — тарелка с перфорацией.

Абсорбционные колонны. Абсорбционные колонны, подобно барботажным, также состоят из отдельных металлических цилиндрических царг, внутри которых имеется инертная насадка. Колонна (рис. 22), применяемая на ряде предприятий, состоит из трех зон насадки. Насадка из колец Рашига выкладывается на специальной решетке. Каждая зона заканчивается конусной тарелкой с патрубками одинаковой высоты, вставленными в отверстия. Через эти патрубки раствор равномерно распределяется над следующей зоной насадки.

Поглощающая жидкость подается через боковой штуцер и разливается по верхней распределительной тарелке, снабженном патрубками для орошении. Диаметр патрубков 50 мм, высота над уровнем дна тарелки 50 мм, количество их 260 штук. Газ вводится под нижнюю насадку и удаляется через штуцер в верхней крышке абсорбера. Каждая секция колонны снабжена люками для осмотра и замены насадки. Внутренний диаметр колонны 2600 мм, общая высота 18 490 мм. Колонна изготавливается из кислотоупорной стали Х17Н13М2Т.

Рис. 22. Абсорбер насадочный:

1 — тарелка верхняя; 2 — лаз; 3- тарелка с конусом; 4 — решетка под насадку; 5 — опоры; 6 — кольца Рашига.

Абсорбер распыливающего типа. Эффективным поглотительным аппаратом является абсорбер распыливающего типа (APT), изобретенный советскими химиками (рис. 23). Абсорбер делится на три зоны: распылительную, абсорбционную и разделительную.

Распылительная часть снабжена соплами (3–7 штук), заделанными в освинцованной решетке. Жидкость равномерно переливается через верхнюю часть сопел. Газ подводится сверху и, проходя через сопла со скоростью 20–25 м/сек, распыляет пленку жидкости, стекающей по внутренней поверхности сопел. Сам процесс абсорбции происходит во второй зоне на поверхности капель жидкости. В третьей зоне происходит отделение жидкости от газового потока. По сравнению с насадочными абсорберами интенсивность абсорбции в APT в 15–30 раз выше.

Рис. 23. Абсорбер распыливающего типа (АРТ):

I — распылительная зона; II — абсорбционная зона; III — разделительная зона: 1 — распылительные сопла; 2 — штуцер; 3 — цилиндр; 4 — газоход; 5 — штуцер.

Прочее оборудование для абсорбции. Большое распространение получили для абсорбции газов скрубберы Вентури, которые широко применяются для получения кислоты в системах регенерации химикатов. Основным рабочим элементом скруббера Вентури является сужающая горловина.

Газы поступают в скруббер, где движутся со скоростью 60 м/сек. В горловину вводится через спрыски жидкость. В уз* ком сечении трубы (в горловине) скорость газа резко возрастает (до 120 м/сек), происходит энергичное перемешивание газа и жидкости, в результате чего обеспечивается эффективная абсорбция газа. В системах регенерации основания обычно устанавливают два или три скруббера, обеспечивающих улавливание до 90 % SO₂.

Для приготовления кислоты на магниевом основании в последнее время начал применяться турбулентный абсорбер, имеющий по высоте несколько решеток. Специальные шарики из пропилена, расположенные на каждой решетке, при движении газа через абсорбер беспорядочно перемещаются, создавая высокую турбулентность при смешивании газа и жидкости и в результате достигается высокая степень поглощения.

Хранение башенной кислоты. Сырая башенная кислота после абсорбционных аппаратов перекачивается на хранение в кислотные баки. Бак (рис. 24) емкостью 550 м³ имеет диаметр 8,2 м и общую высоту 16 м.

Бак внутри защищен керамической облицовкой. Конструкция облицовки и применяемые материалы зависят от вида основания кислоты. Бак снабжается необходимыми штуцерами для поступления кислоты и ее отбора, выхода непоглощенных газов и уровнемерами. Для выравнивания состава кислоты необходимо иметь не менее чем суточный запас ее, поэтому на целлюлозных заводах всегда имеется несколько баков.

Рис. 24. Бак для кислоты:

1 — корпус; I — футеровка; 3 — термоизоляция; 1 — штуцер ввода кислоты; 5 — штуцер забора кислоты; 6 — штуцер барботера; 7 — труба промывки; 8 — уровнемер.

Кислота на кальциевом и магниевом основании может содержать некоторое количество нерастворимого моносульфита, гипса и других включений, пагубно влияющих на ход варочного процесса. Ряд примесей может оказаться катализаторами реакции саморазложения кислоты. В связи с этим кислота перед хранением обязательно отстаивается или фильтруется. Кислота поступает в отстойник (рис. 25) по центральной трубе. В верхней части отстойника располагается кольцевой желоб в который переливается осветленная кислота и отводится через специальный штуцер. В нижней части отстойника имеется штуцер для отвода грязи и промывки аппарата. Для ускорения процесса отстаивания к кислоте иногда добавляют полиакриламид. Меньшее распространение для очистки кислоты получили песочные фильтры, в которых фильтрация происходит через последовательно расположенные слои гравия и песка с зернами различного размера.

Рис. 25. Отстойник для кислоты:

1 — желоб; 2 — корпус: 3 — футеровка; 4 — термоизоляция; 5 — распределительная труба; 6 — штуцер выхода шлама; 7 — штуцер для слива кислоты.

Вспомогательное оборудование

Трубчатый аппарат для плавления серы состоит из двух вертикальных стальных труб, вставленных одна в другую, в зазор между которыми полается пар давлением 5 атм и температурой 150 °C. Сера поступает сверху внутрь трубы меньшего диаметра и, двигаясь вниз, расплавляется под действием температуры, создаваемой паром в межтрубном пространстве. Производительность плавильников такого типа (при высоте 3,5 ж, диаметре внутренней трубы 0,5 м) достигает 25 т/сутки.

Бункер-плавильник для серы (рис. 26) состоит из металлического короба, сужающегося в нижней части, с расположенными на его внутренних стенках паровыми батареями, иногда змеевиками. Сера грейферным краном загружается в бункер и, постепенно расплавляясь, стекает в отстойник (с паровой рубашкой), откуда насосом подается на сжигание. Производительность такого типа плавильников достигает 100 т/сутки.

Рис. 26. Бункер-плавильник для серы:

1 — бункер-плавильник; 2 — паровые батареи; 3 — кран с паровым обогревом; 4 — отстойник для серы; 5 — насос для серы; 6 — заборная камера.

Оборудование для транспортирования газа. При прохождении газа через систему охлаждения и поглощения ему приходится преодолевать сопротивление, создаваемое различными аппаратами. Примерные величины сопротивления (мм вод. ст.) некоторых аппаратов следующие:

Таким образом, для транспортировки газа следует создать необходимое разрежение или давление по всей системе, которое может составить 180–1500 мм вод. ст., в зависимости от выбранной схемы приготовления сульфитной кислоты.

Обычно для перемещения газа по системе применяются эксгаустеры и турбовоздуходувки, которые в зависимости от места расположения в системе могут изготавливаться в черном и кислотоупорном исполнении.

При небольших сопротивлениях в системе (150–400 мм под. ст.) используются эксгаустеры (вентиляторы), корпус которых изготовлен из твердого свинца, кислотоупорной стали, винипласта и т. п. При значительных сопротивлениях в системе (до 1500 мм вод. ст.) при наличии барботажной аппаратуры используют одно- и многоступенчатые воздуходувки или турбовоздуходувки (рис. 27), которые изготовляются из кислотостойких материалов.

Рис. 27. Турбовоздуходувка ТВ-250–1,12:

1 — турбовоздуходувка (250 м³/мин), 2 — электродвигатель (N=100 кВт, n=3000 об/мин).

Насосы. Наибольшее распространение в кислотных цехах получили центробежные насосы, которые в зависимости от перекачиваемом жидкости могут быть в черном или кислотоупорном исполнении (керамические, фарфоровые, из кислотостойкой стали и т. д.).

Для перекачки расплавленной серы обычно используется вертикальным погружной насос 2ВХС-1,5 производительностью 4–8 м³/я с напором 40–36 м.

Антикоррозийная защита

Антикоррозийная защита оборудования и трубопроводов кислотного отдела имеет большое значение для нормальной эксплуатации.

Для сухого сернистого газа применяются следующие материалы:

при температуре до 1200° — углеродистая сталь, футерованная жароупорным кирпичом;

при температуре до 700° — серый чугун, углеродистая сталь. Для влажного и сухого сернистого ангидрида, а также кислоты и полукислоты при низких температурах применяются винипласт (до 40°); углеродистая сталь, защищенная асбовинилом, полиэтиленом, фаолитом, эпоксидной смолой; сталь марки Х17Н13М2Т и т. д.

Для прокладок между фланцевыми соединениями горячих газоходов применяется асбестовый картон; для кислоты и полукислоты — асбестовый картон, пропитанный силикатом (ГОСТ 2850–58); для щелочей и горячей воды — паронит (ГОСТ 481–58) и резина (ТУ МХП 233Н).

Пароэжекторные установки

При отсутствии на комбинате артезианской воды для приготовления варочных растворов в летний период появляется необходимость в получении холодной воды на специальных установках. Как правило, это пароэжекторные холодильные установки.

Охлаждение в пароэжекторной установке основано на способности воды вскипать в условиях глубокого вакуума, который создается паровым эжектором. Испаряясь под влиянием вакуума, вода выделяет тепло и тем самым снижает температуру оставшейся воды.

Пароэжекторная установка состоит:

из испарителя, в котором происходит испарение и охлаждение воды под вакуумом;

эжекторов, отсасывающих пары из испарителя;

конденсатора, в котором происходит конденсация паров;

многоступенчатой вакуум-эжекционной установки, отсасывающей воздух из конденсатора.

Вода, предназначенная для охлаждения, поступает в испаритель, проходит последовательно три ступени и, охладившись вытекает через барометрическую трубу в приемный резервуар.

Таблица 11.

Схема работы пароэжекторной установки типа ПУ-9 конструкции Проектбуммаша холодопроизводительностью 900 000 ккал/ч показана на рис. 28.

Рис. 28. Схема работы пароэжекторной установки типа ПУ-9:

1 — испаритель; 2 — эжекторы 1-й ступени; 3 — конденсатор; 4 — эжекторы 2-й ступени; 5 — эжекторы 4-й ступени; 6 — хвостовой конденсатор; 7 — эжектор 5 2-й; 8 — эжекторы 3-й ступени; 9 — барометрические ящики; 10 — водоотделитель; 11 — конденсационный горшок.

Техническая характеристика установки ПУ-9 в зависимости от температуры воды, поступающей на охлаждение, приведена в таблице 11.