Раздел 6. Перспективные технологии

Раздел 6 Перспективные технологии

6.1 Перспективные технологии производства извести

ПТ 1 Обжиг в кипящем слое

В течение многих лет обжиг тонко измельченной карбонатной породы в кипящем слое осуществляют в небольших объемах. У этой технологии имеется несколько потенциальных достоинств: использование содержащей серу карбонатной породы; низкие выбросы NOx; низкие выбросы SO ₂. Помимо того, что при использовании этой технологии не достигается особенно низкий удельный расход тепла на обжиг, тонко измельченная продукция не подходит для многих целей, при этом в ней относительно велико содержание карбоната кальция.

На рисунке 6.1 показана схема печи кипящего слоя. Тонко измельченную карбонатную породу подают в подогреватель, использующий тепло отходящих печных газов. Подогретая карбонатная порода затем поступает в емкость, где создается первая ступень кипящего слоя, температура карбонатной породы повышается, и она начинает обжигаться. По мере обжига карбонатной породы более легкая негашеная известь перетекает через разделительную стенку в пространство второй стадии кипящего слоя, где завершается обжиг. Затем негашеная известь проходит через холодильник, где охлаждается наружным воздухом.

Печи кипящего слоя позволяют получать известь высокого качества при обжиге мелкодробленой и пылевидной карбонатной породы фракции 0,2...0,6; 0,2...3; 3...12; 12...25 мм. При выборе карбонатного сырья для обжига в печи кипящего слоя важным является величина изменения размеров частиц извести по отношению к размерам исходного материала. Величина этого изменения в ряде случаев может влиять на оценку пригодности имеющегося сырья для выпуска извести необходимого фракционного состава [7].

В печах кипящего слоя можно использовать твердое, жидкое и газообразное топливо. Недостатком данных печей является высокий пылеунос (до 30 %).

Циклонные печи для производства извести имеют ряд преимуществ перед короткими вращающимися печами с запечными подогревателями сырья:

- отсутствие металлоемкого вращающегося оборудования;

- низкий расход топлива и высокий КПД установки (до 60 %);

- высокий коэффициент использования во времени (95.96 %);

- использование тонкодисперсного материала (0, ..., 0,1 мм), что позволяет создать малоотходную переработку карбонатного сырья в карьерах.

Недостаток такой печи - низкая активность извести из-за рекарбонизации.

Рисунок 6.1 - Схема печи кипящего слоя

ПТ 2 Обжиг во взвешенном состоянии

В цементной промышленности разработана технология подачи тонко измельченной карбонатной породы в подогреватель взвешенного состояния - декарбонизатор. Однако такая технология подходит лишь для карбонатной породы определенного качества и поэтому используется в очень малом количестве установок. Эта технология осуществлена на двух печах в Австралии. На одной из них продукт из декарбонизатора проходит короткую вращающуюся печь, используемую для регулирования содержания CaCO ₃ и контроля соответствия активности требованиям потребителя.

Такая технология особенно подходит для "песчаной" карбонатной породы, поскольку обжиг во взвешенном состоянии подразумевает подачу материала размером 0-2 мм. Для осуществления рассматриваемой технологии необходимы высокие капиталовложения, которые, вероятно, ограничивают их относительно высокую (например, около 500 т/сут) производительность [7].

ПТ 3 Печи с движущейся решеткой

Для известняка с размером кусков в диапазоне 15-45 мм используют разработанную в Германии печь с движущейся решеткой или печь CID с прямоугольной шахтой зоны подогрева, откуда известняк поступает в зону обжига, где он каскадом перемещается по пяти вибрирующим плитам, против которых располагается ряд горелок. Известь поступает в прямоугольную зону охлаждения.

Для обжига в такой печи можно использовать газообразное, жидкое и измельченное твердое топливо, которое обеспечивает получение мягко обожженной извести с остаточным содержанием CaCO ₃ менее 2-3 %. Построенные на данный момент четыре печи имеют производительность 80-139 т негашеной извести в сутки.

ПТ 4 Печи с надстройкой

Эта японская разработка позволяет использовать для обжига камень с размером 10-25 мм. У печи имеется кольцевая зона подогрева, из которой известняк с помощью толкающей штанги передается в цилиндрическую зону обжига. Горячие газы из центральной расположенной ниже в центре зоны подогрева отапливаемой мазутом горелки с помощью эжектора направляются в зону обжига. Готовая известь переходит в коническую зону охлаждения. В печи получают высококачественную негашеную известь, отвечающую требованиям производства стали и осажденного карбоната кальция. Производительность печи 100 т негашеной извести в сутки. Ввиду небольшой высоты такой печи в ней можно обжигать низкопрочный известняк.

ПТ 5 Печи для обжига в газовой суспензии

Печи для обжига в газовой суспензии (GSC) представляют собой новое решение для обжига измельченных известняка, доломита и магнезита с получением высокоактивного и однородного продукта. В печной установке использовано стационарное оборудование с минимальным количеством подвижных деталей.

ПТ 6 Керамические фильтры

Керамические фильтры способны эффективно удалять пыль из газов с очень высокой температурой. И в таких печах, как вращающиеся, производящие мертво обожженный доломит, возможно использование керамических теплообменных устройств.

Дожигание дымовых газов в шахтных пересыпных печах

Для обработки дымовых газов шахтных пересыпных печей рассматривается два варианта очистки:

- рекуперативный термический окислитель. Основным достоинством рассматриваемой технологии является относительно слабая чувствительность к концентрации пыли до 30 мг/нм ³. Кроме того, из-за наличия в окислителе высоких температур не могут образоваться аммонийные соли, которые засоряют и корродируют оборудование. Однако при самых благоприятных режимах эта технология требует дополнительных (до 0,85 ГДж/т продукции) затрат тепла. В данный момент отсутствуют практические испытания, подтверждающие эффективность очистки и затраты при использовании этой технологии.

- регенеративный термический окислитель. Опытные испытания небольшого регенеративного окислителя провели на нескольких заводах ЕС, оснащенных отапливаемыми различными видами твердого топлива шахтными пересыпными печами. Окислитель устанавливали между тканевым фильтром и трубой и часть (до 1500 нм ³/ч) дымовых газов (как показано на рисунке 6.2) отделяли от основного потока дымовых газов.

Рисунок 6.2 - Пример технологической схемы обработки дымовых газов

Состав дымовых газов на входе и выходе из окислителя подвергался тщательному контролю в течение нескольких часов (см. таблицу 6.1).

Таблица 6.1 - Состав дымовых газов по результатам мониторинга в течение нескольких часов [13]

Замеры	Вещества	Средняя концентрация, мг/нм 3
		на входе	на выходе
1	CO	4900	35
	TOC	32	01
	H 2S	< 0,8	< 0,7
2	CO	14650	95
	TOC	1220	0,4
	H 2S	2	< 0,8
3	CO	6270	51
	TOC	338	1,3
	H 2S	1,4	< 1,2
4	CO	10810	95
	TOC	37	0,2
	H 2S	-	-
5	CO	14230	128
	TOC	34	0,3
	H 2S	20	< 0,9
6	CO	14450	115
	TOC	53	0,5
	H 2S	33	< 0,5

Из приведенных данных можно сделать вывод о том, что хорошо спроектированный окислитель может работать в автотермическом (без подвода дополнительной энергии) режиме в том случае, если концентрация CO в дымовых газов до обработки превышает 1,5-2 %. В этом случае эффективность удаления оксида углерода, общего органического углерода и сероводорода достигает 98 %. Концентрация CO в дымовых газах после очистки не превышает 100 мг/нм ³. Однако в противоположность рекуперативной системе это оборудование требует, чтобы в дымовых газах содержалось очень мало (не более 5 мг/нм ³) пыли. Если температура на выходе слишком низкая (ниже 200 °C), могут формироваться аммонийные соли. В этом случае наблюдается коррозия труб и (или) неконтролируемый выброс пыли. Эти испытания также показали, что в том случае, когда CO превышает 2-3 %, в окислителе при окислении загрязняющих веществ образуется слишком много тепла. Это может привести к серьезным нарушениям в работе оборудования.

ПТ 7 Двухшахтные регенеративные печи обжига

Конструкция данного типа печей обжига основана на регенеративной технологии рекуперации тепла и имеет две вертикальные шахты, соединенные между собой через переходной канал.

Процесс обжига в двухшахтных печах имеет две составляющие: параллельный поток и регенерация тепла.

Применяют два типа дизайна формы шахт (см. рис. 6.3 и рис. 6.4). В первом случае - это две шахты обжига с прямоугольным или многоугольным поперечным сечением шахт, расположенные рядом таким образом, чтобы печные газы могли перетекать непосредственно из одной шахты в другую через прямой переходной канал в нижней части шахт. Благодаря своей конструкции такой тип является простым в изготовлении и характеризуется уменьшенным использованием стальных конструкций и огнеупорных материалов. Такая форма применяется как правило для печей производительностью до 600 тонн извести в сутки.

Рисунок 6.3 - Конструкция простой двухшахтной регенеративной печи

Рисунок 6.4 - Конструкция двухшахтной регенеративной печи, применяемых в случае больших мощностей производства

В случае больших мощностей производства извести, например, в диапазоне от 400 до 800 тонн в сутки применяются круглого поперечного сечения шахт с кольцевым каналом, собирающим продукты горения в одной шахте для направления во вторую шахту через радиальный переходной канал, обеспечивая абсолютно равномерное распределение тепла. Это является главным ключевым фактором в обеспечении высокого качества обожженной извести.

В традиционной шахтной вертикальной печи обжига извести воздух для горения подогревается за счет теплосодержания продуктов извести и топливо вводится в нижнюю часть зоны горения. При использовании этого процесса сгорания воздух не может быть нагрет до высокой температуры, так как теплосодержание извести значительно меньше того количества тепла, которое необходимо для подогрева воздуха для горения.

С другой стороны, количество тепла, которое содержится и может быть извлечено из отходящих газов в зоне подогрева печи, значительно выше, чем то количество, которое может быть поглощено известняком. Из-за этой ситуации традиционные печи для обжига извести потребляют большое количество тепла для подогрева воздуха для горения, а отработанные газы оставляют печь, имея большое содержание тепла, которое могло бы быть извлечено. Такая ситуация приводит к высокому удельному потреблению тепла.

Кроме того, подача топлива в нижнюю часть печи (конечная зона горения) создает перегрев и, следовательно, пережог извести и укорачивает срок службы огнеупорного материала.

В регенеративных печах теплообмен между газами, образованными продуктами сгорания на выходе из печи, и воздухом для горения осуществляется с использованием известняка в зоне подогрева печи (вторая шахта) в качестве накопителя тепла. В течение цикла сгорания известняк поглощает тепло от отходящих газов, а на втором цикле отдает его обратно воздуху для горения.

6.2 Общие рекомендации по перспективным технологиям производства

Вывод о том, какую технологию следует выбрать, следует основывать на следующем (не исчерпывающем) перечне критериев:

- характеристика дымовых газов - скорость течения, содержание кислорода, CO, TOC и температура;

- изменение этих параметров во времени;

- характеристика обеспыливающей системы.