Расчет процесса и печи для обжига цинкового концентрата в кипящем слое

Основная часть.docx

Общая характеристика печи для обжига в кипящем слое8
Металлургические расчеты11
1 Материальный баланс11
2 Расчет рационального состава огарка и пыли11
3 Расчет воздуха и газов13
5 Расчет теплового баланса процесса обжига цинкового24
6 Расчет газоходной системы31
7 Технические показатели39
Контроль и автоматизация производственного процесса40
Техника безопасности и охрана окружающей среды 43
Список использованной литературы45
Металлургической печью называется промышленный агрегат в котором используя тепловую энергию производят необходимые физико-химические превращения металлсодержащих материалов с целью извлечения рафинирования или тепловой обработки металлов и сплавов.
Назначение печи состоит в передаче тепла технологическим материалам но при этом неизбежно часть тепла поглощается печными стенками и другими побочными теплоприемниками.
Совокупность процессов теплообмена происходящих в рабочем пространстве печи обычно при посредстве движущейся печной среды называется тепловой работой. Ее подразделяют на полезную которая представляет собой передачу тепла технологическим материалам и потерянную включающую все иные виды потребления тепла.
Теплотехнические расчеты выполняемые с целью конструирования новой печи или выяснения изменений которые произойдут в тепловой работе существующей печи при переходе к другим условиям эксплуатации должны выполняться комплексно т.е. охватывать все теплотехнические процессы.
Классификация печей цветной металлургии:
По технологическому назначению: сушильные (барабанная); обжиговые (барабанные вращающиеся печи для обжига в кипящем слое агломерационные машины шахтные); плавильные (отражательная рудно-термическая конвертер электропечи);рафинировочные; литейные (индукционная дуговая вакуумная тигельные); нагревательные(методическая печи-ванны); печи для термической обработки (камерная).
Основное преимущество печей для обжига в кипящем слое - возможность подготовки в них шихты для плавильных печей отражательных и электрических. Положительным свойством следует считать возможность ограничения размера уноса пыли соответствующим снижением скорости газов. Основной недостаток обжиговых печей для обжига в слое – недостаточный контакт материала с газовой фазой – только по открытой поверхности в то время как главная масса обжигаемого материала скрыта в глубине толстого слоя куда доступ газов и тепла весьма затруднен; повышенное настылеобразование при обжиге материалов склонных к спеканию.
Основные преимущества отражательных печей: относительно пониженные требования к загружаемой шихте и ее подготовке перед плавкой (повышенная влажность большое количество мелких фракций) ограниченная величина пылеуноса при весьма мелкой шихте не превышающая 1-15% возможность переработки конвертерного шлака в жидком виде доступность наблюдения за ходом основных процессов. Основные недостатки отражательных печей: низкий термический КПД не
превышающий 20-30% ограниченные окислительные возможности и малая степень сокращения ограниченные возможности по нагреву и перегреву шлака и штейна препятствующие успешной переработке сырья с повышенным содержанием тугоплавких составляющих большая тепловая инерция печей относительно повышенное содержание металлов в шлаках.
Основные преимущества рудоплавильных электропечей: высокий термический КПД достигающий 60-80%возможность нагрева шлака до температуры 1500-1700С и выше активная обработка шлака малое количество газов и пыли возможность полной автоматизации работы. Недостатки электрических печей: значительное потребление электроэнергии ограниченные окислительные возможности и малая степень сокращения повышенные требования к шихте по снижению ее влажности.
Основные преимущества шахтных печей: высокая удельная производительность печей высокая степень десульфуризации и сокращения улучшенное использование тепла в печи. Основные недостатки шахтных печей: повышенные требования к крупности шихты повышенныйпылеунос значительное потребление качественного кокса.
Основные преимущества конвертеров: отсутсвие расхода топлива и электроэнергии высокая интенсивность работы и большая производительность высокая степень удаления примесей. Недостатки конвертеров: несовершенство процесса шлакообразования и невозможность получения отвального шлака пониженное прямое извлечение металлов трудоемкость прочистки фурм большой расход воздуха высокого давления.
По источнику тепла: печи на углеродистом топливе; печи работающие за счет тепла экзотермической реакций; электрические печи.
Основными показателями качества углеродистого восстановителя положительно влияющими на технологию выплавки сплавов следует считать его повышенную реакционную способность и электросопротивление. Коксовый орешек получаемый при сортировке металлургического кокса являясь основным видом углеродистого восстановителя в ферросплавной промышленности этим требованиям не отвечает. На удельное электросопротивление насыпной массы углеродистого восстановителя влияет собственное электросопротивление углеродистого материала и сопротивление контактов между его кусками.
Кислород дутья и природный газ вступают во взаимодействие со шлаком генерируя тепло за счёт экзотермических реакций и создают требуемые окислительно-восстановительные условия в расплаве. Скорость движения газовой струи на срезе фурмы составляет 150—220 мсек. Перемешивание газом расплава и включений перерабатываемых материалов интенсифицирует химические и физические взаимодействия в надфурменной зоне ванны расплава.
В электрических печах можно поддерживать и изменять температуру с большой точностью. Рабочее пространство этих печей свободно от продуктов горения угар металла получается минимальный. Электрические печи улучшают условия работы обслуживающего персонала.
По способу передачи тепла: печи в которых тепло выделяется прямо в массе нагреваемого материала; печи в которых тепловыделение происходит раздельно от обрабатываемого материала и передаются к нему теплообменом; печи с изолированным теплообменом.
Передача тепла от одного тела к другому (теплообмен) осуществляется различными способами. При нагреве и охлаждении материалов защитных и изолирующих конструкций происходит передача тепла теплопроводностью. Этот вид теплообмена осуществляется в условиях тесного соприкосновения между отдельными частицами тела и неравенства температур в отдельных точках тела или пространства.
Передача тепла конвекцией заключается в том что перенос тепла на границе стенка - газ осуществляется за счет непрерывно подходящих к стенке новых частичек газа которые либо уносят с собой тепло либо отдают его стенке.
Во многих процессах (например при горении топлива в камере) передача тепла осуществляется излучением. Излучение возникает в результате превращения части тепловой энергии в лучистую.
По форме рабочего пространства: с вертикальным рабочим пространством - шахтные печи; с горизонтальным рабочим пространством - пламенные печи; круглые; прямоугольные; цилиндрические и т.д.
Ванные печи по форме рабочего пространства представляют собойгоризонтальную емкость с прямоугольным или круглым основаниемвыполненную из огнеупорной и теплоизолирующей оболочки (футеровки).В зависимости от технологического назначения и габаритных размеровванные печи подразделяются на стационарные и поворотные. Ванные печи используют в основном для плавки сталиалюминиевых и медных сплавов. Иногда ванные печи используются для нагрева отливок в жидкихсоляных средах (соляные ванны).
В тигельных печах рабочее пространство выполнено в форме
вертикального полого цилиндрического или конического огнеупорного
изделия с дном. Иногда данное изделие имеет форму параллелепипеда. В
печном хозяйстве данные изделия называются тиглем.Именно в тигле данных печей происходит технологический процессплавки доводки и выдержки литейных сплавов. По конструктивному исполнению тигельные печи могут быть стационарные или поворотные с постоянным или выемным тиглями.
Вертикальные печи камерного типа с верхней и с нижнейзагрузками изделий используются в основном для термообработкиотливок. Оба эти типа печей периодического действия.
По способу работы: периодически действующие печи (обжиговые); непрерывно действующие печи (камерные).
В периодически работающих печах непроизводительно теряется масса топлива во время обжига (особенно в печах без свода) и во время остывания всего обожженного кирпича до той температуры при которой уже возможно приступить к его выгрузке.
Чтобы использовать это тепло стали соединять печи по нескольку вместе и проводить жар по каналу из остывающей камеры в свежезагруженную подсушивая и подготовляя к обжигу находящийся в последней сырец; такие печи составленные из нескольких или даже многих камер обжигаемых самостоятельно называются камерными. Во всякий данный момент в одной или нескольких камерах такой печи по очереди совершается обжиг одна из остальных камер совершенно остыла и разгружается из прочих же камер часть занята стынущим товаром часть — подогреваемым сырцом.
Идея непрерывной работы печи с наименьшей затратой топлива нашла себе наиболее полное выражение в кольцевых печах отличающихся от камерных тем что в них нет строго говоря отдельных камер но печь представляет собою один кольцеобразно сомкнутый покрытый сводом коридор в разных местах которого по очереди происходят все перечисленные операции: загрузка подогревание обжиг и остывание.
По способу использования тепла отходящих газов: рекуперативные и регенеративные печи; печи с котлами утилизаторами; печи с подогревом шихты.
Более совершенными считаются печи использующие тепло отходящих газов так называемые регенеративные и рекуперативные печи.Регенеративные печи с помощью регенераторов используют тепло отходящих газов для подогрева воздуха и газа (в газовых печах) поступающих в печь.В рекуперативных печах осуществляют подогрев только воздуха поступающего в печь для горения. Потоки отходящих газов и нагреваемого воздуха в рекуператорах непрерывны и осуществляются каждый по своему каналу причем движение воздуха идет навстречу движению печных газов. Газы нагревают стенки рекуператора с одной стороны а воздух отнимает тепло с другой.Применение рекуператоров и регенераторов повышает КПД всех печей.
Главные преимущества подогрева шихты для электропечной плавки-снижение на 25-30 % удельных затрат на электроэнергию за счет более низкой стоимости природного газа и соответственно снижение себестоимости отливок ; сокращение времени плавки и соответствующее повышение производительности печи; сокращение расхода электродов (для дуговой плавки) легирующих и модифицирующих добавок; сокращение угара металла и повышение его качества; снижение количества вредных выбросов пыли и газа за счет использования эффективной системы очистки от локального источника.
Общая характеристика печи для обжига цинкового
концентрата в кипящем слое
Печь для обжига цинковых концентратов в кипящем слое (схема представлена на рисунок 1) - печь- теплогенератор с массообменным автогенным режимом тепловой работы в которой обрабатываемый измельченный (зернистый) материал находится в псевдосжиженном состоянии («кипящем слое») в потоке движущегося газообразного окислителя (воздуха кислорода).
Печи кипящего слоя применяются для обжига сульфидных концентратов цветных металлов. Печь представляет собой цилиндрическую вертикальную шахту иногда переменного сечения диаметром 6-8 м и высотой 9-11 м поставленную на бетонный фундамент. Шахта сваренная из стальных листов толщиной 10-12мм футерована внутри шамотным кирпичом. Толщина футеровки 11 равна 500 мм. Кожух печи перед кладкой футировки из шамотного кирпича должен быть обклеен листовым асбестом. Наиболее ответственной частью печи является воздухораспределительная подина (1) с воздушной коробкой. Подина должна быть беспровальной жаростойкой простой в изготовлении и обеспечивать равномерное распределение поступающего воздуха по всему сечению печи.
В отечественной практике принята конструкция подины представляющая собой стальной лист в который на расстоянии 250-300мм между центрами вставлены чугунные сопла; пространство между соплами залито жаропрочным бетоном слоем 200 мм. Сопла имеют различную конфигурацию. Наиболее часто используют сопла грибкового типа имеющие от 4 до 8 отверстий диаметром 4-5 мм. На каждой печи устанавливают 1500-2000 таких сопел. Находят также применение сопла щелевой конструкции.
В процессе обжига температура играет существенную роль. Температура может изменяться от 850 до 980 0C. При малой температуре процесс обжига проходит медленно и не полно при высокой температуре материал оплавляется и обжиг проходит не качественно. Для регулирования температуры используют (охлаждая) водяные охладители (7) получая пар а также определенную температуру поддерживают скоростью загрузки. Чтобы концентрат при обжиге не укрупнялся необходимо поддерживать температуру не более 970 0C.
Умеренное содержание растворимой сульфатной серы достигается при температуре 950-970 0C. При повышении температуры одновременно возникает необходимость решения вопроса по отводу и утилизации избыточного тепла из зоны КС. При низких температурах обжиг сульфидных материалов способствует образованию сульфатов и вследствие того что давление диссоциации при этих температурах ниже и вследствие того что давление Рso3 в печных газах выше.
Рисунок 1. Печь кипящего слоя для обжига цинкового концентрата
- падина; 2 - форсунка для розжига печи; 3 - загрузочная камера; 4 - корпус печи; 5 - отверстие для выхода газов; 6 - сливной порог; 7 - змеевик (охладитель); 8 - воздушная камера; 9 - задвижка с пневмоприводом; 10 - футеровка печи;
Равномерность подачи воздуха обеспечивающей стабильность кипящего слоя эффективность использования сжатого воздуха и степень выноса пыли с обжиговыми газами обусловливает конструкция воздухораспределительных сопел. Каждое сопло имеет от 4 до 28 отверстий диаметром от 3 до 10 мм через которые сжатый воздух выходит либо вертикально либо горизонтально либо наклонно. Применяют и комбинированные сопла.
Число сопел в печи устанавливают с таким расчетом чтобы общая площадь живого сечения отверстий всех сопел составляла 07-10% от площади подины. Обычно устанавливают 50 сопел на 1м2 подины.
Форкамеры подина печи и сливной порог (6) образуют зону кипящего слоя в которой начинается и протекает большинство реакций обжига сульфидных компонентов концентрата находящегося в псевдосжиженном состоянии. Форкамеры и сливной порог для увеличения продолжительности пребывания материала в этой зоне расположены на противоположных сторонах печи. Площадь форкамеры составляет обычно 15-2м2.
Сливной порог служит для выгрузки огарка из печи и ограничения высоты кипящего слоя. Высота кипящего слоя оказывает существенное влияние на происходящие в нем процессы. При недостаточной высоте слоя увеличивается пылевынос из печи возможны продувы воздуха в отдельных местах с образованием воронок что приводит к уменьшению вертикальной скорости воздуха в другой части слоя и может вызвать залегание материала на подине печи.
Вместе с тем работа печи на высоком слое увеличивает продолжительность пребывания материала в зоне кипящего слоя уменьшает вынос тонких частиц из печи создает более благоприятные условия для сульфатообразования. Поэтому за рубежом при строительстве мощных обжиговых печей современной конструкции проявляется тенденция к увеличению высоты слоя до 18-2 м вместо обычно принятой в практике высоты 10-12 м. Однако чрезмерно в этом случае для «кипения» слоя под подину приходится подавать воздух под большим давлением а следовательно расходовать большее количество электроэнергии.
Отечественная цинковая промышленность завершила переход на обжиг концентратов в автоматически управляемом кипящем слое в 1958 г. для чего были реконструированы многоподовые печи. После реконструкции печи имели внутренний диаметр 5—65 м площадь пода 20—35 м2 высоту рабочей камеры 75—10 м (на зарубежных заводах высота печей резко колеблется: от 45—50 до 15—17 м) объем 150—320 м3 количество воздушных сопел 30—50на 1 м3 пода при числе воздушных струй (число отверстий в соплах) до 1700 на 1 м2 и площади этих отверстий 07—10% от площади подины.
Производительность таких печей составляет по концентрату от 130 до 180 тсут при удельной нагрузке по сухому концентрату 5—55 т(м2*сут). Считая на объем печи это в 3—4 раза больше прежней. При влажности 8—9% концентрат хорошо обжигается в печах с кипящим слоем достаточно сыпуч не зависает в бункерах не нарушает работу автоматических устройств.
На отечественных предприятиях многолетней практикой установлена оптимальная высота кипящего слоя 12-15 м. Такая высота обеспечивает достаточную продолжительность контакта сульфидных зерен с кислородом воздуха и необходимый массообмен для получения заданной степени десульфуризации.
Недостатком технологического процесса в печах кипящего слоя является значительный вынос (до 30 %) материала при обжиге но в настоящее время благодаря усовершенствованиям в устройстве данной печи столь значительные потери удалось снизить.
Металлургические расчеты
1 Материальный баланс
Состав сухого концентрата %: 500 15 10 03 80 320 S; 28 S 30 A 14 прочие.
С учетом исходных данных составляем таблицу минералогического состава цинкового концентрата (таблица 1).
Таблица 1 - Минералогический состав цинкового концентрата.
Содержание компонентов кг.
2 Расчет рационального состава огарка и пыли
При приближенных расчетах поскольку пыль при обжиге в кипящем слое обычно является конечным продуктом можно принять составы огарка и пыли одинаковыми. Однако заводская практика показывает что составы огарка и пыли несколько отличаются один от другого по содержанию в них серы. Разница в содержании остальных элементов при существующих условиях обжига цинковых концентратов в кипящем слое - способе загрузки температуре процесса и др. - незначительна.
В данном расчете за исключением серы распределение всех элементов исходного концентрата в огарок и пыль принимается по данным заводской практики равным 3:2 т.е. 60% - в огарок и 40% в пыль.
В пыли и огарке металлы находятся в виде следующих соединений: цинк - в виде окисла ZnO сульфата ZnSO4 и сульфида ZnS причем вся сульфидная сера связана с цинком как с наиболее плотным и трудноокисляющимся сульфидом; свинец и кадмий - в виде окислов и сульфатов. В расчете принято что 50% - в виде окислов PbO и CdO а 50% - в виде сульфатов PbSO4 и медь и железо - в виде окислов Cu2O и Fe2O3 .
Составляем таблицу рационального состава огарка (таблица 2).
Таблица 2 - Рациональный состав огарка.
Содержание компонентов кг.
Составляем таблицу рационального состава пыли (таблица 3).
Таблица 3 - Рациональный состав пыли.
3 Расчет воздуха и газов
Воздух при обжиге в кипящем слое выполняет двоякую роль: во-первых он является химическим реагентом-окислителем материалов во-вторых воздух проходящий через слой материала создает состояние его «кипения». Поэтому расчет количества воздуха необходимого для осуществления процесса должен учитывать оба указанных момента. В данном разделе производится определение теоретического и практического количества воздуха и образующихся газов по данным приведенных выше таблиц.
При обжиге на 100 кг сухого цинкового концентрата удаляется 30002 кг серы (см. таблицы 1 2 и 3) на окисление которой до сернистого ангидрида требуется такое же весовое количество кислорода. Содержание серного ангидрида в газах при обжиге в кипящем слое цинковых концентратов обычно весьма мало и в данном расчете им пренебрегают. На окисление сульфидов до окислов и сульфатов требуется еще 18242 кг кислорода (таблица 23). Всего на 100 кг сухого концентрата требуется 48244 кг кислорода.
Теоретическое количество необходимого для обжига воздуха равно
где - масса кислорода на 100 кг сухого концентрата;
- дутье обогащенное кислородом % в долях;
mтр – теоретическое количество воздуха кг.
При обжиге цинковых концентратов в кипящем слое коэффициент избытка воздуха α=11-12. Принимаем значение α=13 находим практическое количество воздуха:
mпр= α*mтеор=179*113=202кг или Vпр=mпр ρв=202130=15538м3;
В этом количестве воздуха содержится:
количество избыточного кислорода:
С учетом влаги содержащейся в исходном концентрате практическое удельное количество воздуха Vуд м3т будет равно
где m - масса влажного концентрата при влажности равной 6% (m=)
Количество и состав газов на 1064 кг влажного концентрата приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Количество и состав отходящих газов.
Составляем таблицу материального баланса обжига (таблица 5).
Таблица 5 - Материальный баланс обжига.
Обожженный концентрат
) Потребность в тепле за счет топлива или электроэнергии Qт ккалкг.
Находится по ориентировочной формуле:
где tг - температура газов выходящих из печи С;
S - количество выгорающей серы % исходного содержания;
SO2 - содержание сернистого ангидрида в отходящих газах % по объему;
g - количество тепла выделяемого при обжиге или плавке материала отнесенное к 1кг-проценту выгорающей серы ккалкг*% S. Рассчитаем при следующем значении величин: tг870о; SO214%; S32%; g =36 ккалкг*% S.
Следовательно для обжига в кипящем слое цинкового концентрата заданного состава топлива и электроэнергии не требуется.
) Определение оптимальная количества дутья К0 м3м2*мин.
Первоначально определяем предельное (минимальное) количество дутья К при котором неподвижный слой концентрата переходит в нестабильное состояние. Для рассчитываемой печи значение величин входящих в формулу K=
- площадь свободных проходов между кусками материала в долях от общей площади сечения слоя; для сульфидов = 015 [2 стр. 56];
φ - количество газов образующихся в печи на единицу дутья
= 15134 м3 - общий объем отходящих газов [таблица 4];
= 15538 м3 – практический расход воздуха;
γ - кажущийся удельный вес материала γ = 4000 кгм3 [2];
- приведенный удельный вес газов в печи кгм3;
tср - средняя температура газов в слое:
= 20 °С – температура окружающей среды
= 900 °С – температура газов на вы ходе из слоя равна температуре кипящего слоя
= 22016 кг – масса ходящих от газов [таблица 4];
величину среднего размера кусков концентрата lср определяют на основании данных по его гранулометрическому составу приведенных в таблице 6.
Таблица 6 - Гранулометрический состав цинкового концентрата.
Ситовой анализ сухой пробы %
Крупная часть концентрата
Куски 03 мм ..10%(33%)
lср=09·[b·lмел+(1-b) ·lкр]
lср=09· [067·019+033·03]=0203 мм.
Мелкая часть концентрата
Куски 008 мм .35%(50%)
lср=09· [05·007+05·008]=0067 мм.
Крупная часть 0203 мм 30%
Так как для всего концентрата lмел= lкр= 033lкр т.е lмел0415*lкр поэтому для расчета среднего размера куска следует применить формулу:
lср= 005·lкр + 095·lмел = 005·0203 + 095·0067 = 0074 мм (lср = 74·10-6 м).
Подставляя найденные значения в формулу определяем предельное количество дутья:
Оптимальное количество дутья обеспечивающее создание устойчивого кипящего слоя цинкового концентрата определяется как: К0=(12~14)К.
При сравнительно небольшой величине пылеуноса принятой равной 40% в расчете берем наименьшее значение коэффициента (12)
К0=12*741=889 м3м2*мин.
) Удельная производительность печи.
где: 1440 – число минут в сутках;
f1 – коэффициент нахождения печи под дутьем доли единицы;
в предыдущих расчетах найдено: удельный практический расход воздуха на 1 т обжигаемого материала Vуд = 1460 м3т .
Полученная величина удельной производительности находится в пределах достигнутых в заводской практике.
) Минимальное время пребывания концентрата в печи обеспечивающее завершение обжига.
Определяется по формуле:
коэффициент (45) учитывает возможную неравномерность промышленного процесса обжига укрупнение кусков концентрата в результате его слёживания и окатывания в транспортных устройствах а также и некоторый резерв создающий гарантию полного обжига всей массы перерабатываемого материала;
где: - линейная скорость распространения процесса обжига в глубину слоя или куска материала для цинкового концентрата = 0004 мчас;
lср - наибольший размер кусков концентрата lср = 03 мм.
) Площадь пода печи.
Находится по формуле:
где: А - заданная суточная производительность по исходному сырому концентрату тсутки; а - удельная суточная производительность.
А = годовая произв.кол.дней=115000365=315 тсутки
При круглой форме печи внутренний диаметр ее будет
диаметр печи с учётом футеровки:
Dн = D + 2(lш + lв + lс)
Dн = 67 + 2(025 + 002 + 0008) = 726 м.
) Минимальный объем кипящего слоя.
Рассчитываем по формуле:
где V - удельный объем концентрата в кипящем слое.
где γтв - удельный вес концентрата тм3.
) Толщина кипящего слоя.
Определяется по формуле: .
Значение коэффициента принимается в зависимости от размеров печи и от химического и гранулометрического состава концентрата. С увеличением размеров печи крупности концентрата и содержания серы в нем величина коэффициента принимается большей.
В данном случае для богатого серой концентрата и значительных размеров печи принимаем наибольшее значение коэффициента.
Заводские печи обжигающие цинковые концентраты имеют толщину (высоту) кипящего слоя 07 - 12 м.
) Общая высота печи.
Нп = (4-7)*Нк=7*12=84 м;
Чем мельче материал обрабатываемый в печи и больше величина К0 тем большее значение коэффициента (47) рекомендуется принимать.
) Гидравлическое сопротивление кипящего слоя.
Подставим в эту формулу следующие значения величин:
Нк=12 м; γтв=400 кгм3; =075 (величина определяется скоростью воздуха и гранулометрическим составом концентрата; для каждого конкретного материала надо знать или определять зависимость величины от К0; величиной γг в данном расчете пренебрегаем ввиду относительно малого ее значения).
р=12*4000(1-075)=1200 мм. вод. ст.
) Параметры воздуходувки.
Давление воздуха на воздуходувке определяется по формуле:
р=15*(1200+100) = 1950 мм.вод.ст.;
При условии что рп=100 мм.вод.ст. Расход воздуха на одну печь определяется по удельному расходу Vуд=1460 нм3т и производительности печи А=342 тсутки.
По величине давления и расхода воздуха выбирают воздуходувную машину. Для проектируемой печи может быть выбрана воздуходувная машина Хабаровского завода типа К-360-21-1 следующей характеристики: производительность 360 м3мин; давление 2600 мм. вод.ст. [3].
) Размеры и число дутьевых сопел.
Для проектируемой печи принимаем сопло грибообразной формы с 4 выходными отверстиями диаметром по 10 мм (рисунок 2). Скорость истечения воздуха из сопла находим по формуле:
φ - коэффициент расхода; для цилиндрических отверстий с острыми кромками φ = 08.
g = 981 мс2 – ускорение свободного падения
давление воздуха в сопле p1 = 1300 мм вод.ст.;
давление воздуха в нижней части кипящего слоя p2 = 1200 мм вод.ст;
удельный вес воздуха = 129 кгм3.
Число сопел необходимое для печи:
расход воздуха на печь м3сек
площадь выходных отверстий одного сопла f = 0000314 м2
– коэффициент запаса.
Рисунок 2. Грибообразное дутьевое сопло для печи кипящего слоя.
Эскиз печи представлен на рисунке 3.
Рисунок 3. Эскиз печи для обжига цинкового концентрата в кипящем слое
5 Расчет теплового баланса процесса обжига цинкового концентрата
Расчет теплового баланса печи ведется на 1064 кг влажного концентрата; масса найдена в предыдущих расчетах.
) Расчет прихода тепла.
Определяем физическое тепло концентрата:
Q1= 075·1064 ·10 = 798 кДж
температура концентрата t1=10 °C
при t1=10 °C теплоемкость концентрата c1=075 кДжкг·°С [2]
масса концентрата m1 =1064 кг.
Определяем физическое тепло воздуха:
Q2 = 13·15538·20 = 4040 кДж
температура воздуха t2 =20 °С
при t2 =20 °С теплоемкость воздуха c2 = 13 кДжм3·°С [2]
в предыдущих расчетах найдено: объем воздуха v2 = 15538 м3.
Рассчитываем тепло экзотермических реакций:
а) ZnS+l5O2 = ZnO + SO2 .+ 4425897 кДж
607*4425897:814=31322193 кДж;
б) ZnS + 2 О2 = ZnSO4 .+ 775150 кДж
12*775150:1614=351171 кДж;
в) PbS + 15O2 = PbO+ SO2 + 4210531 кДж
1*4210531:2232=1528 кДж;
г) PbS + 2O2 = PbSO4 + 824592 кДж
д) 2CuFeS2 + 6O2 = Cu2O + Fe2O3 + 4SQ2 +2015809 кДж
8*20158093668=1582735 кДж;
е) 2FeS2 + 55 O2 = Fe2O3 + 4 SO2 .+ 1656308 кДж
7*1656308:2396=4541713 кДж;
ж) 2FeS + 35O2 = Fe2O3 + 2SO2 +1227712 кДж
4*12277121756=4712289 кДж;
з) CdS + 15 O2 = CdO + SO2 ..+ 413972 кДж
7*4139721284=5481 кДж
и) CdS+2 O2 = CdSO4 .. + 786463 кДж.
8*7864632084=105667 кДж.
Приход тепла от экзотермических реакций составит кДж:
Q3= 31322193 + 351171 + 1528+ 29916+ 1582735 + 4541713 + 4712289 + +5481+105667 = 60527692 кДж.
Полный приход тепла: Q1+Q2+Q3 =798+4040+60527692=61132692 кДж
) Расчет расхода тепла.
Определяем тепло уносимое огарком и пылью:
Q’1=c’1·(m’1t’1+m”1·t’’2)
Q’1= 0742(5182·900+3642·870)= 58116 кДж
температура огарка и пыли t’1=900 °С t’’2=870 °С
при t’1=900 °С t’’2=870 °С теплоемкость огарка и пыли c’1 = 0742 кДжкг·°С [2]
масса огарка и пыли m’1=5182 кг m”1=3642 кг
Тепло уносимое газами (без паров воды):
Q’2=(Cso2·Vso2+CO2·VO2+CN2·V)·tгаз
Q’2 =(221·21+146·441+138·11797) ·870 = 238 02730 кДж.
Cso2=221 кДжм3·°C Vso2=21 м3; [2]
Co2=146 кДжм3·°C Vo2=441 м3;
CN2=138 кДжм3·°C VN2=11797 м3;
Тепло на нагрев воды и испарение влаги:
а) тепло на нагрев воды с 10 до 100 °C;
q’ = св·mв· (t’в-t’’в)
q’ = 419·64·(100-10) = 241344 кДж
б) тепло необходимое на испарение воды:
q’’ = 22584·64= 1445376 кДж
масса воды mв= 1064 – 100 = 64 кг
скрытая теплота парообразования λ =2 258 кДжкг [2].
в) тепло на нагрев пара до температуры газа:
q’’’ = Cп·Vп· (tгаз-100)
q’’’ = 168·796(870-100) = 1029706 кДж
теплоемкость пара Cп=168 кДжм3·°C. [2]
Q’3 = q’ + q’’ + q’’
Q’3= 241344 + 1445376 + 1029706 = 27 16426 кДж.
Тепло теряемое во внешнюю среду:
Q’4 = qстенсвода(Fстен + Fсвода)· кДж
qстенсвода–плотность теплового потока через трёхслойную стенку печи и трёхслойный свод Втм2
Fстен – наружная площадь поверхности стен м2
Fсвода – наружная площадь поверхности свода м2
- время переработки концентрата час.
а) Определение плотности теплового потока:
- мулитокремнезитовый войлок МКВРХ – 20
Температура внутренней поверхности стенки печи t1=870 °С. Температуру наружной поверхности кожуха печи принимаем t4=150 °С. Полный перепад температур по толщине стенки Δt = t1 – t4 = 870 – 150 = 720 °С.
Коэффициент теплопроводности λ Вт(м·°С):
-шамот: λш = 07+064·10-3·t'ш [2].
- войлок: λв =0027 +042·10-3·t'в [4]
-железо: λ0ж = 506 Вт(м·°С) при tв=20 °С; λж=486 Вт(м·°С) при t'ж=150 °С [2].
Тепловые сопротивления каждого слоя R0ш R0с R0ж и всей стенки R0 в холодном состоянии т.е. при 0 °С (м2·°С)Вт равны:
R0= 0329 + 109 + 000020 = 14192 (м2·°С)Вт
R0ш = = = 0329 (м2·°С)Вт;
R0в = = =109 (м2·°С)Вт;
R0ж = = = 00002 (м2·°С)Вт.
Определим перепады температур во всех слоях стенки:
Температуры на границе слоёв:
t2 = t1 – Δtш = 870 – 166 = 704 °С
t3 = t2 – Δtв = 704 – 553 = 151 °С.
Средние температуры слоёв:
t`ш = (t1 + t2)2 = (870 + 704)2 = 787 °С
t`в = (t2 + t3)2 = (704 + 151)2 = 428 °С
t`ж = (t3 + t4)2 = (151 + 150)2 = 1505 °С;
Определяем коэффициенты теплопроводности в «горячем» состоянии:
λш = 07 + 064·10-3· t`ш = 07 + 064·10-3· 787 = 120 Вт(м·°C)
λв = 0029 +000029·t'с = 0023 +000042·428= 0202 Вт(м·°C)
λж= 486 Вт(м·°C) [2].
Определяем плотность теплового потока через трехслойную стенку:
qстен = = = 2 322 Втм2
Проверим заданную температуру t4 = 150 °C:
qΣ = αΣ(t4 – tокр.ср.) = 174·(150 - 20) = 2 281 Втм2
при t4 = 150 °C суммарный коэффициент теплоотдачи αΣ=174 Вт(м2·°C) [2].
Расхождение Δ = = 17 % 5 % пересчета не требуется.
Для предохранения обслуживающего персонала нижнюю часть печи в районах обслуживания дополнительно теплоизолируют снаружи.
qстен= qсвода = 2322 Втм2.
б) Определим наружную площадь поверхности стен и свода:
Fстен = ··Hп = ·726·87 = 198 м2
диаметр печи с учётом футеровки: Dн = 67 + 2(025 + 002 + 0008) = 726 м
высота печи с учетом футеровки: Hп.н. = 84 + (025 + 002 + 0008) = 87 м
в предыдущих расчетах найдено: D = 67 м Hп = 84 м.
в) Определяем время переработки концентрата :
– количество часов в сутках
масса влажного концентрата m = 1064 кг
А – суточная производительность печи кгсутки (влажного концентрата).
Q’4=qстенсвода(Fстен + Fсвода)··3600 =2322·(198 + 414)·0007·3600=15 284 кДж
00 – количество секунд в часе.
Итого расход: Q’1 + Q’2 + Q’3 + Q’4 = 58116 + 238 02730 + 27 16426 +
+ 15 284 = 33859156 кДж.
Сравнение прихода и расхода тепла указывает на избыток тепла в процессе обжига: Qизб = Qприх– Qрасх= 610 11492– 33859156= 271 52336 кДж.
Избыточное тепло отнимается трубчатыми теплообменниками.
Определим площадь поверхности трубчатых теплообменников в слое:
принимаем коэффициент теплопередачи = 1200 кДжм2·час·°C
средняя температура слоя t’= 900 °C; пароводяной эмульсии t”=250°C
время переработки 1064 кг концентрата = 0007 часа.
Принимаем поверхность одной секции теплообменного устройства равной 20 м2 тогда число их будет 24.
Определим расход воды на охлаждение.
При теплосодержании пара 2790 кДжкг а воды 1048 кДжкг в пароводяной 60 %-ной эмульсии и при теплосодержании питающей воды 419 кДжкг расход воды определяется из соотношения:
Qизб= (06x·2790 + 04x·1 048) - x·419
x = = 162 кг за 0007 часа
или 21 687 кгчас (22 м3час).
) Составляем таблицу теплового баланс печи для обжига цинковых концентратов в кипящем слое (таблица 7).
Таблица 7 – Тепловой баланс печи для обжига цинковых концентратов в кипящем слое.
Физическое тепло концентрата
Тепло уносимое огарком и пылью
Физическое тепло воздуха
Тепло уносимое газами
Тепло экзотермических реакций
Тепло на нагрев и испарение влаги
Тепло теряемое во внешнюю среду
Тепло отнимаемое теплообменниками
6 Расчет газоходной системы
Принимаем приведенную на рис. 2 схему газоходной системы. Эта схема обеспечивает хорошую утилизацию тепла отходящих газов и достаточно полное улавливание пыли.
Рассчитаем количество газов образующихся в печи:
А = 315000 кгсутки – удельная производительность печи;
m = 1064 кг – масса влажного концентрата;
– число секунд в сутках сек;
Температура газов 870 °С удельный вес = 142 кгм3[1].
Температура газов на выходе из котла-утилизатора по условиям его работы 350 °С.
С учетом подсоса по 5% количество газа на участках будет м3сек:
Печь—котел 563 ·105=591
Котел—циклон ..563 ·11 =619
Циклон—электрофильтр ..563 ·115=647
Электрофильтр—дымосос 563 ·12=676
Схема газоходной системы печи кипящего слоя представлена на рисунке 4.
Температура газов на выходе из печи с учетом подсоса
tгвых.п. = = 830 °С;
Температура газов на входе в котел при падении температуры на 5 °С на 1 пог. м газохода:
tгвх.к.=tгвых.п. -5·6
tгвх.к= 830 - 5·6 = 800 °С.
Температура газов на выходе из котла: tгк = 350 °С;
Температура газов на входе в циклон:
tгвх.ц.=tгвых.к. -2·10
tгвх.ц.=330 - 2·10 = 310 °С.
Температура газов на выходе из циклона: tгц = 230 °С;
tгвых.ц. = = 220 °С.
Температура газов на входе в электрофильтр:
tгвх.эл.ф. =tгвых.ц. -2·10
tгвх.эл.ф. =220 - 2·10 = 200 °С.
Температура газов на выходе из электрофильтра: tгвх.эл.ф. = 150 °С
tгвых.эл.ф.. = = 143 °С.
Температура газов перед дымососом:
tгвх.д. =tгвых.эл.ф. -1·8
tгвх.д. =143 - 1·8 = 135 °С.
Участок печь - котел
Средняя температура газов:
tср.г.= (tгвых.п + tгвх.к.)2
tср.г.= (830 + 800)2 = 815 °С;
Vг =591·(1088273)= 2355 м3сек
Tср.г.= tср.г+ 273 = 815 + 273 =1088 К
скорость газа: =5 мсек;
площадь сечения газохода на этом участке f1 м2:
f1 = 2355 5 = 471 м2.
При газоходе прямоугольного сечения и отношении высоты к ширине газохода 08 определяем его размеры:
откуда а = 194 м и b = 242 м [1].
Проведем ориентировочный расчет параметров котла-утилизатора при условии что котел работает на нагретой до 100 °С воде с получением пара 40 ат. Количество тепла отдаваемого газами котлу при учете потерь тепла во внешнюю среду 5%:
Q = 095cгVг() = 095·142·471(800 - 350) = 2 859 кДжсек или 10292400 кДжчас
Определим площадь поверхности котла:
принимаем коэффициент теплопередачи (с учетом обдува рабочих поверхностей) = 168 кДжм2·час
= - = 800 – 2492 = 5508 °С;
= -= 350 – 2492 = 1008 °С;
=2492 °С (при P=40 ат).
Определим паропроизводительность котла:
D = = = 4 339 кгчас или 43 тчас
Так как котлы-утилизаторы для печей цветной металлургии не стандартизированы выбор их по расчетным характеристикам затруднителен. К данным нашего расчёта по характеристике и условиям работы приближается котел-утилизатор типа УККС 840 [1].
Участок котел-циклон
tср.г.= (tгвых.к + tгвх.ц.)2
tср.г.= (330 + 310)2 = 320 °С;
Vг = 619· (593 273) = 1345 м3сек;
Tср.г.= tср.г+ 273 = 320 + 273 =593 К
площадь сечения газохода f2 м2 :
диаметр газохода: d = = 185 м;
средняя температура газа в циклоне:
tср.г.= (tгвх.ц + tгвх.ц.)2
tср.г.= (310 + 230) 2 = 270 °С;
объем газов проходящих через циклон:
Vг 619·(543273)=1231 м3сек или 44 316 м3час
Tср.г.= tср.г + 273 = 270 + 273 = 543 К
По данной производительности выбираем 2 батарейных циклона
БЦ- 24- 0 работающих параллельно каждый сопротивлением 50 мм в ст. и производительностью 25 750 м3час [1].
Участок циклон - электрофильтр
Средняя температура газов:
tср.г.= (tгвых.ц + tгвх.эл.ф.)2
tср.г.= (220 + 200)2 = 210 °С;
Vг = 619· (483 273) = 1145 м3сек;
Tср.г.= tср.г+ 273 = 210 + 273 =483 К
площадь сечения газохода f3 м3:
диаметр газохода: d = = 171 м;
средняя температура газа в электрофильтре:
tср.г.= (tгвх.эл.ф. + tгвх.эл.ф.)2
tср.г.= (200 + 150) 2 = 270 °С
объем газов проходящих через электрофильтр:
Vг = 647· (448 273) = 1062 м3сек или 38 232 м3час
Tср.г.= tср.г+ 273 = 270 + 273 =448 К
Для этих условий выбираем электрофильтр типа ГК-30 производительностью до 100 000 м3час к которому могут быть подключены 3-4 запроектированные печи [1].
Участок электрофильтр-дымосос
tср.г.= (tгвых.эл.ф + tгвх.д.)2
tср.г.= (143 +135)2 = 139 °С;
Vг = 676· (412 273) = 1145 м3сек;
площадь сечения газохода:
диаметр газохода d = = 161 м;
количество газов перед дымососом:
Vг = 647· (408 273) = 1010 м3сек или 36 360 м3час.
Для выбора дымососа необходимо определить сопротивление (сумму потерь напора) газоходной системы.
)Определим потери при повороте газа на 90° (при выходе из печи):
= γt = 10· · 0352 = 045 мм вод. ст.
= 10 (резкий поворот под прямым углом).
)Определим потери при внезапном сужении:
= · ·γt = 029 · · 0352 = 04 мм. вод. ст
при значении = 05·(1 - ) = 05·(1 – ) = 029
где f1 f2 сечение газоходов.
)Определим потери напора на трение:
= · · γt = 005· · · 0354 = 008 мм. вод. ст.
периметр газохода Р = 686 м2;
диаметр газохода d = = = 171 м;
)Определим потери в нишах шиберов до и после котла (имеется обводной газоход):
= 03 · · 0354·2 = 028 мм. вод. ст.
)Принимаем потери напора в котле: = 40 мм. вод. ст.
Участок котёл-циклон
)Определяем потери напора на трение:
= 005· · · 065 = 025 мм. вод. ст.
= 005; L = 10 м; d = 167 м;
)Потери напора в батарейном циклоне: = 50 мм. вод. ст.
Участок циклон-электрофильтр:
= 005· · · 0795 = 037 мм. вод. ст.
= 005; L = 10 м; d = 135 м;
)Определяем потери напора при повороте газа на 90°:
= ·γt = 05· · 0795 = 05 мм вод. ст.
= 05 (плавный поворот под прямым углом).
)Принимаем потери напора в электрофильтре: = 20 мм. вод. ст.
Участок электрофильтр-дымосос:
= 005· · · 093 = 037 мм. вод. ст.
= 005; L = 8 м; d = 128 м;
= ·γt = 05· · 093 = 06 мм вод. ст.
)Определяем потери при опускании газа после электрофильтра:
= H(γвозд – γгаз) = 4·(129 – 093) = 144 мм. вод. ст.
Определим сумму потерь напора:
Σhпот = 045 + 04 + 008 + 028 + 40 + 025 + 50 + 037 + 05 + 20 + 037+
+ 06 + 144 = 11474 мм. вод. ст.
с учётом запаса напора 50 % Σhпот=172 мм. вод. ст.
Выбираем центробежный вентилятор среднего давления имеющий производительность 27870 м3час при h = 180 мм. вод. ст.[1]
7 Технические показатели
Ниже приведены показатели проектируемой печи для обжига цинковых
концентратов в кипящем слое:
Внутренний диаметр ..67 м;
Площадь подины печи 35 м2;
Высота «кипящего» слоя 12 м;
Число грибообразных сопел в подине 676;
Производительность печи по сырому концентрату 315 тсутки;
Удельная производительность печи .9 тм2*сутки;
Расход воздуха на печь ..329 м3мин;
Давление воздуха 1950 мм вод. ст.
Удельный расход воздуха ..1460 м3т;
Степень десульфуризации при обжиге .938 %;
Температура процесса обжига ..900ºС;
Температура отходящих газов ..870ºС;
Поверхность теплообменников в слое ..47 м2;
Котел-утилизатор типа УККС 840 –
Очистка газов: два циклона БУ-24-0 и электрофильтр
Дымосос производительностью 27870 м3час при
напоре 180 мм вод. ст –
Воздуходувка Хабаровского завода типа 0-360-21-1
производительностью 360 м3мин при давлении 2600
Контроль и автоматизация производственного процесса
·уменьшение затрат на энергоресурсы за счет снижения влияния человеческого фактора на работу оборудования и более рационального использования времени действия;
·оперативная сигнализация и протоколирование хода технологического процесса;
· предупреждение возникновения аварийных ситуаций;
· автоматизация документооборота отчетной документации.
Выбор средств автоматизации.
Для реализации АСУ используем систему для мониторинга сбора архивации и визуализации данных и систему управления на основе промышленного контроллера SIMATIC S5-150 для управления ходом технологического процесса и реализации алгоритмов управления терморегуляторами (электронный изодромный РУ-16А автоматический универсальный ЭАУС-У) печей.
Были выбраны система которая обеспечивает оптимальное сочетание простоты реализации приложения и функциональные возможности и контроллер являющийся оптимальным соотношением цены и функциональных возможностей. Связь с системой осуществляется по шине PCI что обеспечивает возможность интеграции в общезаводскую локальную сеть. Управление терморегуляторами происходит по сети через порт контроллера.
Функции системы и решаемые задачи.
Разработанная автоматизированная система управлениями (АСУ) печами обжига кипящего слоя состоит из следующих компонентов:
·Программных терморегуляторов;
·Щита управления в котором установлен контроллер и оборудование для связи по сети;
·Автоматизированного рабочего места оператора которое включает в себя компьютер с установленной на нем системой.
АСУвыполняет следующие функции:
) Отслеживание температурного режима печи с архивацией и отображением температуры в виде графиков (трендов). Изменение температуры ухудшают извлечение неблагоприятно сказываются на производительности печи и стабильности режимов работы последующих агрегатов.
Типы автоматических регуляторов: термопара хромель-алюмель ТХА-ХШ (2 шт.); нормирующий преобразователь НП-Т (2 шт.); регулирующий прибор РП1-УП (2 шт); дистанционный задатчик ЗД-1000 (2 шт.); реостат с моторным приводом ПКМ (2 шт.)
) Стабилизация расхода воздуха поддерживает постоянство количества дутья. Система состоит из шести одинаковых изодромных регуляторов работающих независимо каждый на свою топку. Регулятор получает импульс по расходу воздуха на топку и воздействует на заслонку в соответствующем воздуховоде.
Типы автоматических регуляторов: диафрагма камерная ДКН-10 (6 шт.); диф-манометр расходомер ДМК-РЗ (6 шт.); корректирующий прибор КП1-УП (6 шт.); задатчик дистанционный ЗД-1000 (12 шт.); регулирующий прибор РШ-УП (6 шт.); указатель положения ДУП-Б (6 шт.); магнитный усилитель (6 шт.); исполнительный механизм МЭК-ЮБ (6 шт.); поворотно-регулирующая заслонка ПРЗ-150 (6 шт.)
) Автоматическое управление запускомостановкой программ технолога терморегуляторов печей в соответствии с заданным расписанием с целью максимально эффективного использования технологического времени производится компьютером АСУ SIMATIC S5-150.
Эта возможность позволяет исключить влияние человеческого фактора при проведении ночного обжига и по максимуму использовать дешевый ночной тариф потребления электроэнергии
) Ручное управление терморегуляторами по сети оператором а также выбор программы технолога для выполнения. Включается и выбирается на компьютере АСУ.
) Контроль состояния терморегуляторов печей (выполнение программы ожидание включения авария потеря связи и т.д.).
Типы автоматических регуляторов: термопара хромель-алюмель ТХА-ХШ (2 шт.); нормирующий преобразователь НП-Т (2 шт.); прибор РП1-УП (2 шт); дистанционный задатчик ЗД-1000 (2 шт.); реостат с моторным приводом ПКМ (2 шт.)
) Контроль мощности работающих печей. Ведется подсчет потребляемой нагревателями печей мощности. Это происходит на уровне контроллера вне зависимости от работы системы.
) Составление отчетов о времени работы печи. Отчеты в которых указывается время работы печей и производятся расчеты затрат электроэнергии составляются автоматически.
) Ведение журнала работы терморегуляторов печей в который записываются произошедшие событие и время ведется компьютером АСУ SIMATIC S5-150.
) Регулирование уровня кипящего слоя. Несоответствие загрузки и выгрузки материала может с течением времени привести либо к потери кипящего слоя либо к завалу печи. Отсюда следует что нужна система регулирования которая следила бы за положением верхней границы слоя и приводила в соответствие загрузку и выгрузку. Эту задачу и выполняет регулятор уровня слоя высоту которого определяют по перепаду давления в нем. Перепад давления измеряют дифманометром к которому подводят импульсы давления под и над слоем. Разность этих давлений преобразуется в соответствующий сигнал уровня по которому регулятор меняет скорость дозатора выгрузки.
Типы автоматических регуляторов: дифманометр мембранный ДМ-3564; нормирующий преобразователь НП-П; регулирующий прибор РШ-УП; задатчик ЗД-1000 реостат с моторным приводом ПКМ.
) Подсчет часов работы печи с выдачей предупреждающего сообщения при достижении установленного значения.
Для оперативного контроля и управления процессом все вторичные приборы контроля и датчики всех регуляторов размещают на щите оператора в изолированном от атмосферы цеха помещении.
Система имеет гибкую программу настройки режимов работы оборудования по заданным технологическим параметрам (при этом не прекращается технологический процесс) с его использованием появляется возможность диагностировать неисправности и нарушения режимов эксплуатации привода.
Техника безопасности и охрана окружающей среды
Большое внимание следует уделять обеспыливанию воздуха и отходящих газов печей и сушильных установок для создания нормальных санитарно- гигиенических условий труда. В соответствии с санитарными нормами проектирования промышленных предприятий концентрация в воздухе пыли не должна превышать 004 мгм3. Содержание в воздухе СО не допускается более 003 сероводорода — более 002 мгм3. В воздухе выбрасываемом в атмосферу концентрация пыли не должна быть более 006 гм3. При нормальной эксплуатации пылеочистных систем содержание пыли в выбрасываемом воздухе составляет 004— 006 гм3.
Для создания нормальных условий труда все помещения заводов надо обеспечивать системами искусственной и естественной вентиляции. Этому в большой мере способствует герметизация тех мест где происходит пылевыделение а также отсос воздуха из бункеров печек дробильно - помольных механизмов элеваторов и т.п.Отходящие газы печей необходимо очищать для предотвращения загрязнения окружающей среды. Для этого устанавливают электрофильтры. Если же отходящие газы содержат значительное количество пыли (более 25—30 гм3) то их сначала пропускают через батарею циклонов.
Мероприятия по охране окружающей среды одновременно с обеспеченном чистоты и охраны здоровья людей и животных должны быть выполнены с минимальными затратами.
Очистка газов от аэрозолей. Методы очистки по их основному принципу можно разделить на механическую очистку электростатическую очистку и очистку с помощью звуковой и ультразвуковой коагуляции.
Механическая очистка газов включает сухие и мокрые методы. К сухим методам относятся:
гравитационное осаждение;
инерционное и центробежное пылеулавливание;
В большинстве промышленных газоочистительных установок комбинируется несколько приемов очистки от аэрозолей причем конструкции очистных аппаратов весьма многочисленны.
Инерционное осаждение основано на стремлении взвешенных частиц сохранять первоначальное направление движения при изменении направления газового потока. Среди инерционных аппаратов наиболее часто
применяют жалюзийные пылеуловители с большим числом щелей (жалюзи). Газы обеспыливаются выходя через щели и меняя при этом направление движения скорость газа на входе в аппарат составляет 10-15 мс. Гидравлическое сопротивление аппарата 100 - 400 Па (10 - 40 мм вод. ст.). Частицы пыли с d 20 мкм в жалюзийных аппаратах не улавливаются. Степень очистки в зависимости от дисперсности частиц составляет 20-70%. Инерционный метод можно применять лишь для грубой очистки газа. Помимо малой эффективности недостаток этого метода – быстрое истирание или забивание щелей.
Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы возникающей при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны различных типов: батарейные циклоны вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Циклоны наиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей. Газовый поток подается в цилиндрическую часть циклона тангенциально описывает спираль по направлению к дну конической части и затем устремляется вверх через турбулизованное ядро потока у оси циклона на выход. Циклоны характеризуются высокой производительностью по газу простотой устройства надежностью в работе. Степень очистки от пыли зависит от размеров частиц. Циклоны широко применяют при грубой и средней очистке газа от аэрозолей. Другим типом центробежного пылеуловителя служит ротоклон состоящий из ротора и вентилятора помещенного в осадительный кожух.
Лопасти вентилятора вращаясь направляют пыль в канал который ведет в приемник пыли.
Фильтрация основана на прохождении очищаемого газа через различные фильтрующие ткани (хлопок шерсть химические волокна стекловолокно и др.) или через другие фильтрующие материалы (керамика металлокерамика пористые перегородки из пластмассы и др.). Наиболее часто для фильтрации применяют специально изготовленные волокнистые материалы — стекловолокно шерсть или хлопок с асбестом асбоцеллюлозу. В зависимости от фильтрующего материала различают тканевые фильтры (в том числе рукавные) волокнистые из зернистых материалов (керамика металлокерамика пористые пластмассы).
Гидравлическое сопротивление фильтра (Р около 1000 Па; расход энергии ~ 1 кВт*ч на 1000 м3 очищаемого газа. Для непрерывной очистки ткани продувают воздушными струями которые создаются различными устройствами – соплами расположенными против каждого рукава движущимися наружными продувочными кольцами и др. Сейчас применяют автоматическое управление рукавными фильтрами с продувкой их импульсами сжатого воздуха.
Фильтрация – весьма распространенный прием тонкой очистки газов. Ее преимущества – сравнительная низкая стоимость оборудования (за исключением металлокерамических фильтров) и высокая эффективность тонкой очистки.Недостатки фильтрации высокое гидравлическое сопротивление и быстрое забивание фильтрующего материала пылью.
Мокрая очистка газов от аэрозолей основана на промывке газа жидкостью(обычной водой) при возможно более развитой поверхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и возможно более интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью. Этот универсальный метод очистки газов от частиц пыли дыма и тумана любых размеров является наиболее распространенным приемом заключительной стадии механической очистки в особенности для газов подлежащих охлаждению. В аппаратах мокрой очистки применяют различные приемы развития поверхности соприкосновения жидкости и газа.
Электростатическая очистка газов служит универсальным средством пригодным для любых аэрозолей включая туманы кислот и при любых размерах частиц. Метод основан на ионизации и зарядке частиц аэрозоля при прохождении газа через электрическое поле высокого напряжения создаваемое коронирующими электродами. Осаждение частиц происходит на заземленных осадительных электродах. Промышленные электрофильтры состоят из ряда заземленных пластин или труб через которые пропускается очищаемый газ.
Очистка газов от парообразных и газообразных примесей. Газы в промышленности обычно загрязнены вредными примесями поэтому очистка широко применяется на заводах и предприятиях для технологических и санитарных(экологических) целей. Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на три основные группы:
абсорбция жидкостями;
адсорбция твердыми поглотителями;
каталитическая очистка.
В меньших масштабах применяются термические методы сжигания (или дожигания) горючих загрязнений способ химического взаимодействия примесей с сухими поглотителями и окисление примесей озоном.
Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вредных газовых выбросов является переход к безотходному производству или к безотходным технологиям. Под ним подразумевается создание оптимальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. Такое производство не должно иметь сточных вод вредных выбросов в атмосферу и твердых отходов и не должно потреблять воду из природных водоемов.
Конечно же понятие «безотходное производство» имеет несколько условный характер - это идеальная модель производства так как в реальных условиях нельзя полностью ликвидировать отходы и избавиться от влияния производства на окружающую среду. Точнее следует называть такие системы малоотходными дающими минимальные выбросы при которых ущерб природным экосистемам будет минимален.
В настоящее время определилось несколько основных направлений охраны биосферы которые в конечном счете ведут к созданию безотходных технологий:
разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем работающих по замкнутому циклу позволяющих исключить образование основного количества отходов;
создание бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе наиболее эффективных методов очистки сточных вод;
переработка отходов производства и потребления в качестве вторичного сырья;
создание территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материльных потоков сырья и отходов внутри комплекса.
Разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем работающих по замкнутому циклу позволяющих исключить образование основного количества отходов является основным направлением технического прогресса.
Техника безопасности :
Требования безопасности при обжиге шихты и концентратов.
Конструкции корпусов печей для обжига шихтовых материалов и концентратов (далее - материалы) газоходов утилизационных котлов и другого технологического оборудования а также места их соединения между собой или с другим оборудованием должны быть герметизированы.
Узлы загрузки в печь и выгрузки из печи обожженных материалов из которых возможно выделение газов и пыли в воздух рабочей зоны должны оснащаться встроенными укрытиями и средствами аспирации сблокированными с техническими устройствами.
Рабочие и смотровые окна а также другие технологические отверстия в печи должны плотно закрываться дверцами (крышками) или заделываться теплостойкими материалами.
Конструкция гляделок-крышек должна исключать их самопроизвольное открывание и выбрасывание горячих газов и пыли.
Конструкция горелок и форсунок используемых для разогрева печи должна обеспечивать быстрое и безопасное удаление их от печи после ее пуска.
В случае если пространство образованное сводом печи обжига материалов в кипящем слое и горизонтальной плоскостью проходящей через верхнюю кромку газоходного окна после его футеровки составляет более 10% объема печи на своде должны быть установлены взрывные клапаны.
Конструкция устройства подающего материалы в печь должна обеспечивать дозированную непрерывную или периодическую подачу с автоматическим регулированием расхода материала.
Выгрузка обожженного материала из бункера должна быть механизирована.
Очистка течек для выпуска обожженного материала и пыли а также боровов и газоходов должна быть механизирована. При забивании течек шуровка снизу запрещается.
Транспортирование выгруженного обожженного материала и его охлаждение должны производиться в устройствах исключающих выделение пыли и газа.
Конструкция участка газохода от печи до аппарата охлаждения и самого аппарата должна исключать осаждение пыли и предусматривать окна и площадки для осмотра и очистки борова и газохода.
Сборники пыли должны быть оборудованы затворами или другими устройствами исключающими выделение пыли при выгрузке.
Система управления должна обеспечивать работу печи как в ручном так и в автоматическом режиме.
Контрольно-измерительные приборы по показаниям которых производится автоматическое или ручное управление работой печи должны быть вынесены на общий пульт управления расположенный в отдельном помещении.
В системе управления печи должны быть предусмотрены световая и звуковая сигнализация предупреждающая об аварийной остановке печи и блокировки исключающие работу печи при остановке технологического оборудования или нагнетателей сернокислотного цеха.
Для отсоса газов из печей должен быть предусмотрен резервный эксгаустер (газодувка).
Для осмотра подины узлов загрузки и выгрузки борова газоходов и пылеулавливающих устройств а также для их освещения при ремонте печи должна быть предусмотрена электрическая сеть напряжением 12 В с розетками для подключения переносных светильников.
Пуск и остановка печей для обжига материалов должны производиться в соответствии с требованиями технологической инструкции.
Запрещается эксплуатация печей при остаточном разрежении ниже величины указанной в технологической инструкции.
В производственных помещениях разрешается иметь запас мазута для розжига печей в количестве не более суточной потребности. Место хранения мазута для указанных целей должно быть согласовано с органами пожарного надзора.
Список использованной литературы
Д. А. Диомидовский. Печи цветной металлургии Металлург издат 1956.
Д. А. Диомидовский Л. М. Шалыгин А. А. Гальнбек И. А. Южанинов. Расчеты пирропроцессов и печей цветной металлургии ЛГИ 1957 – 1958.

чертеж.cdw

Техническая характеристика
Внутренний диаметр - 6
Высота "кипящего слоя" - 1
Число грибообразных сопел в подине - 676
Производительность печи - 315 тсутки
Удельная производительность - 9 тм сутки
Расход воздуха на печь - 329 ммин
Давление воздуха - 1950 мм вод ст
Удельный расход воздуха - 1460 мт
Степень десульфуризации -93
Температура процесса обжига - 900
Температура отходящих газов - 870
Поверхность теплообменников в слое - 47 м
СФУ ИЦМиМ КП 150102.65 0800730
Уровень кипящего слоя

Титульный, задание.doc

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Цветных металлов и материаловедения
«Расчет процесса и печи для обжига цинкового концентрата в кипящем слое»
Пояснительная записка
подпись дата инициалы фамилия
код (номер) группы подпись дата инициалы фамилия
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Сибирский федеральный университет»
Факультет: химико - металлургический
Тема проекта: «Расчет процесса и печи для обжига цинкового концентрата в кипящем слое».
1.Производительность: 115000 т сухого концентрата в год.
2.Состав сухого концентрата %: 500 25 10 03 90 300 S; 38 S 30 A 04 прочие.
4.Минералогический состав концентрата: сфалерит галенит халькопирит халькозин ковелин сульфид кадмия пирит пирротин гематит.
5.Дутье обогащено кислородом до 26 %.
Перечень графического материала: общий вид печи.
(подпись) (инициалы фамилия)