Козлова С.А. и др. Оборудование для очистки газов промышленных печей

Подождите немного. Документ загружается.

141

Современные технологические схемы очистки газов электролизеров

являются, как правило, двухступенчатыми: на первой стадии улавливается

основная часть твердых частиц пыли и смолистых веществ, на второй стадии

происходит сорбция фтористого водорода (рис. 2.28, б).

Для этих целей применяются электрофильтры, форсуночные скрубберы

или пенные аппараты, а в качестве орошающей жидкости используют 3-5 %-

ный содовый раствор.

электролизерах с верхним токоподводом, характеризующихся мень-

шим количеством выделяющихся газов (до 75 тыс. м

/ч от одного корпуса

электролизеров) и повышенным содержанием примесей (F

общ

до 350 мг/м

)

наиболее целесообразна двухступенчатая схема: электрофильтр – полый

скруббер. В электрофильтре газ очищается от пыли на 95-96 %, в скоростном

полом скруббере – от фтористого водорода с эффективностью 97-98 %.

Для электролизеров с боковым токоподводом эта схема также приме-

нима, однако ее использование осложняется значительно большим выходом

газов, поэтому для их очистки применяют сухой электрофильтр и полый

форсуночный скруббер с коническим каплеуловителем. Эта схема при скоро-

сти газа 5-8 м/с и плотности орошения 35-40 м

/(м

⋅ч) позволяет достичь сте-

пени очистки от фтористого водорода 92-98 %, от пыли – 75-80 %, смоли-

стых веществ – 70-75 %.

Недостатком работы обеих схем очистки газов электролизеров с само-

обжигающимися анодами является зарастание коронирующих и осадитель-

ных электродов электрофильтров пылью, смешанной со смолистыми вещест-

вами. Этот недостаток является причиной периодической (каждые 10-15 су-

ток) остановки газоочистной системы

для очистки от настылей.

Для электролизеров с обожженными анодами, когда газы не содержат

смолистых веществ, наиболее эффективна схема: сухой электрофильтр (гори-

зонтальный или вертикальный) и полый форсуночный скруббер с каплеуло-

вителем. Эта схема газоочистки при скорости газов 1,2-1,5 м/с и расходе га-

зов до 800 тыс. м

/ч обеспечивает очистку газов от пыли на 95 %, от фтори-

стого водорода – на 98 %.

Таким образом, на основании опыта работы газоочистных установок на

ряде алюминиевых заводов могут быть рекомендованы следующие системы

очистки газов:

1) Для электролизеров с верхним токоподводом – сухой электрофильтр

– полый форсуночный скруббер. Эта схема позволяет улавливать фтористый

водород на 98 %, пыль –

на 96-97 %. Степень улавливания может быть по-

вышена до 99,5-99,9 % путем установки после электрофильтра двух последо-

вательно работающих скрубберов.

142

2) Для электролизеров с боковым токоподводом: сухой электрофильтр

– полый форсуночный скруббер. Целесообразно и перспективно применение

скруббера с плавающей насадкой.

3) Для электролизеров с обожженными анодами: электрофильтр – по-

лый скруббер. Здесь наиболее перспективным становится сухой сорбцион-

ный метод очистки с применением в качестве сорбента глинозема в рукавных

фильтрах.

Сухой метод очистки наиболее

перспективен, так как при этом исклю-

чаются проблемы образования накипей и отложений, каплеуноса, не требу-

ется регенерация шлама, не происходит коррозии оборудования, трубопро-

водов и т.п. Сущность сорбционного метода заключается в том, что для

сорбции фтора используется исходное сырье – глинозем, который наносится

(напыляется) тонким слоем на фильтрующую поверхность тканевого

фильт-

ра. Кроме того, возможно использование глинозема в качестве сорбента не-

посредственно в реакторе кипящего слоя, куда направляются отходящие газы

алюминиевых электролизеров. При взаимодействии между глиноземом и со-

держащимся в газах фтористым водородом на поверхности частиц глинозема

протекает реакция

6HF + Al

= 2AlF

+ 3H

Фторированный глинозем из тканевого фильтра или реактора кипящего

слоя направляется в электролизные ванны. При этом снижается расход фто-

ристых солей для электролиза алюминия.

Недостатки в работе газоотсасывающих систем

В работе газоходных трасс и систем очистки газов электролизеров,

особенно электролизеров с самообжигающимися анодами, возникает ряд

технологических проблем. Современный электролизный корпус, включаю-

щий не менее 50 электролизеров (в крупных корпусах до 90-100) оснащен

развитой газоходной системой, состоящей из продольных и поперечных под-

корпусных и межкорпусных газоходов и отдельных их ветвей, связывающих

электролизеры

корпуса с электрофильтром и дымососом. Как правило, при-

меняется двухкорпусная система газоочистки: на два электролизных корпуса

устанавливается один электрофильтр и два-три (один резервный) дымососа.

Общая длина газоходной системы в электролизном корпусе составляет более

ста метров. В этой связи газодинамическое сопротивление различных участ-

ков трассы неодинаково, а газоотсос из наиболее удаленных

электролизеров

незначителен, в 2-3 раза ниже среднего по корпусу. В этих условиях работа

горелок дожигания анодного газа электролизеров, в которых должны сжи-

гаться выделяющиеся газообразные и твердые смолистые вещества, угольная

143

пыль, СО и др., из-за ухудшения подсоса воздуха для горения и отсоса про-

дуктов сгорания становится неудовлетворительной и характеризуется боль-

шим недожегом. При этом коэффициент избытка воздуха в горелке не пре-

вышает 1,05 вместо рекомендованного 1,5-1,7. Таким образом, неравномер-

ность газодинамического сопротивления отдельных ветвей трассы, низкая

степень его регулирования, недостаточный и неравномерный

газоотсос от

электролизеров являются причиной неудовлетворительного сжигания анод-

ного газа во многих электролизерах корпуса. Это приводит к низкой эффек-

тивности дожигания электролизных газов или погасанию горелок и, как

следствие, большому выносу в газоходный тракт смолистых веществ и

угольной пыли. Считается, что при таком режиме в горелках дожигается не

более 50 % смолистых

газообразных веществ и только 10-15 % смолистых

твердых. Основная масса несгоревших твердых частиц смолистых веществ и

пыли осаждается в газоходах, а газообразные смолистые вещества конденси-

руются в поперечных корпусных газоходах, чему способствует снижение

температуры газов до 90-100

С и адгезия частиц на стенках газоходов и в

электрофильтрах. Постепенный рост слоя горючих отложений по тракту

снижает эффективность дожигания смолистых веществ и эффективность

очистки газов в электрофильтрах, создаются условия для самовозгорания

отложений, возникновения пожаров и взрывов, аварийных ситуаций.

Одним из основных мероприятий пожаро-взрывобезопасности является

улучшение работы горелок за счет

обеспечения равномерного отсоса газов.

Возможны работы по изменению конструкции газоходов, установке к горел-

кам регулируемых вставок, диафрагм с постоянными местными сопротивле-

ниями, труб Вентури и т.п. Для выравнивания газоотсоса по трактам, преду-

преждения образования отложений рекомендуется повышение скорости га-

зов в газоходах до 10-14 м/с, обеспечение температуры газов перед

горелка-

ми 500- 550

С, перед системой очистки 120-150

С. В этих же целях возрас-

тают требования по соблюдению проектных предложений по расходам газов

от электролизеров на горелку, электрофильтр и других параметров работы

системы.

2.2.3. Очистка газов при выплавке кремния и силумина

Очистка газов при выплавке кремния

Выплавка кремния производится в руднотермических печах открытого

типа при напряжении 170-180 и 130-140 В и силе тока 35-37 и 53-60 кА соот-

ветственно. Сырьем в этом процессе являются кварцит и твердый восстано-

витель, в качестве которого применяют древесный уголь и нефтяной кокс.

Плавка осуществляется при температуре 1750

С и выше.

144

Аспирация отходящих газов печи производится через зонт. Пыль, вы-

деляющаяся при выплавке кремния, по своим характеристикам и составу

аналогична пыли при выплавке ферросплавов: в ней содержится около 90 %

SiO

и 4 % углерода. На 1 т выплавляемого кремния из печи выносится 350-

370 кг высокодисперсной пыли, так как примерно 70 % ее имеет размер ме-

нее 1 мкм при среднем размере около 0,3 мкм.

Содержание пыли в отходящих газах составляет в среднем 2-4 мг/м

Кроме того в них содержатся около 20 % О

, до 4 % СО

и до 40 мг/м

SО

Температура отходящих газов колеблется от 150 до 300

С в зависимости от

количества подсасываемого воздуха. Количество газов, отсасываемых из пе-

чи, составляет 170-280 тыс. м

/ч. Печные газы на выходе содержат около 88

% СО, 1,5 % СН

, однако в колошнике полностью окисляются кислородом

подсасываемого воздуха. Поэтому очистку газов производят только от пыли.

Пыль, образующаяся при выплавке кремния, из-за высокой дисперсно-

сти и повышенной гидрофобности трудноулавливаема, поэтому эффектив-

ность ее очистки в групповом циклоне не превышает 30 %, пенных аппаратах

50-55 %, скрубберах Вентури не более 80 %. Необходимая степень очистки

достигается только

при использовании наиболее эффективного газоочистно-

го оборудования: турбулентных газопромывателей (скрубберов Вентури),

электрофильтров (сухих и мокрых) и тканевых фильтров. Одна из технологи-

ческих схем мокрой очистки газов от руднотермических печей по выплавке

кремния представлена на рис. 2.30.

По этой схеме отходящие газы из-под зонта печи вентилятором на-

правляются для кондиционирования (охлаждения

и увлажнения) перед тур-

булентными промывателями. По своей конструкции это газоход длиной 4-5 м

с увлажнительной системой, состоящей из ряда эвольвентных форсунок.

Первичное орошение (около 0,2 кг/м

) производится оборотным раствором

газоочистки при температуре 40-43

С и его рН, равным 7,1-7,2. При этом,

наряду с охлаждением и увлажнением газа, происходит частичная коагуля-

ция частиц пыли. Увлажненные газы направляются в турбулентный газопро-

мыватель конфузорно-диффузорной конструкции общей высотой до 5 м.

Плотность орошения в нем порядка 0,7 кг/м

. После турбулентного промыва-

теля газ по газоходам поступает в циклоны-каплеуловители, представляющие

собой цилиндрические аппараты высотой 13,5 м, работающие по принципу

циклона, где капли раствора под действием центробежных сил отбрасывают-

ся к стенкам аппарата и стекают в конус, а затем в сливной бак. Очищенный

газ через трубу выбрасывается в атмосферу.

145

Рис. 2.30. Схема газоочистки печи для выплавки кремния: 1 – венти-

лятор-дымосос; 2 – увлажнительные устройства; 3 – скоростной газопро-

мыватель; 4 – каплеуловитель; 5 – гидроциклон; 6 – бак для технической

воды; 7 – бак для осветленной оборотной воды; 8 – бак для шлама; 9 – на-

сосы; 10 – труба для выброса газа в атмосферу; 11 – зонт; 12 – дымовая

труба печи

Загрязненный раствор из сборного бака направляют в гидроциклон для

отделения из него твердых частиц пыли. Сгущенная уловленная пыль в виде

шлама является отходом производства и направляется в отвалы.

Степень очистки газов по такой схеме достаточно высока и составляет

96-98 %.

В случае использования для очистки тканевых фильтров следует учи-

тывать высокодисперсный характер пыли, забивание ею тканевых поверхно-

стей и вследствие этого

повышение гидравлического сопротивления системы

и т.п. Температура газа, поступающего на очистку в тканевые фильтры, со-

ставляет 120-150

С, а летом до 175

С. В этих условиях в качестве фильт-

рующей ткани приходится использовать дорогостоящий оксалон. В связи с

этими трудностями степень очистки газов составляет в среднем около 80 %,

поэтому возникает необходимость установки дополнительной ступени очи-

стки в виде полого форсуночного скруббера.

На некоторых заводах, например на Братском алюминиевом заводе, га-

зы очищаются в сухих

электрофильтрах со степенью улавливания 98,5-99,0

Таким образом, выбор метода очистки отходящих газов печей для вы-

плавки кремния должен производиться с учетом конкретных условий произ-

водства и влияния всех факторов, в том числе и возможности утилизации

улавливаемой пыли в сухом виде или в виде шлама.

146

Очистка газов при выплавке силумина

Силумин представляет собой сплав кремния с алюминием с добавкой

небольших количеств легирующих компонентов (Mn, Ti, Mg и других метал-

лов). Силумины получают в открытых руднотермических печах при темпера-

турах около 2000

С. Для снижения подсоса воздуха при вентиляции печи и

отсосе печных газов печи оборудованы водоохлаждаемыми щитами и зонта-

ми. Несмотря на это, количество подсасываемого воздуха за период работы

печи велико. Общий объем газов, поступающих на очистку, находится в пре-

делах 100-200 тыс. м

/ч в зависимости от мощности печи.

Вредными компонентами отходящих газов являются оксиды серы и

пыль. Их концентрация в газах равна 0,2-0,3 г/м

и 0,5-2,5 г/м

соответствен-

но. По своему дисперсному составу около 80 % пыли составляют частицы

размером до 5 мкм, из них половина имеет размер менее 1 мкм. По химиче-

скому составу пыль содержит около 32 % SiO

, 40 % Al

, 6 % С и др. Та-

ким образом, пыль мелкодисперсная, имеет возгонный характер образования

и требует для улавливания самые совершенные аппараты, в том числе элек-

трофильтры, тканевые фильтры, турбулентные газопромывающие установки.

Возможные схемы очистки газов из печи для выплавки силумина показаны

на рис. 2.31.

Рис. 2.31. Схемы газоочистки печей для выплавки силумина: а – с ис-

пользованием скруббера Вентури; б – сухая с использованием электрофильт-

ра; в – сухая с использованием рукавного фильтра: 1 – печь; 2 – скоростной

газопромыватель; 3 – каплеуловитель; 4 – эксгаустер; 5 – дымовая труба; 6 –

сухой электрофильтр; 7 – тканевый фильтр

На практике получила распространение пока только мокрая схема газо-

очистки с использованием в

качестве основного аппарата турбулентного га-

147

зопромывателя (рис. 2.32). По этой схеме каждая печь для выплавки Аl-Si

сплавов имеет свою отдельную газоочистную установку, включающую обо-

рудование для охлаждения и увлажнения газов, блок из 6 газопромывателей

типа труб Вентури, 4 параллельно работающих циклонов-каплеуловителей.

После такой очистки газы выбрасываются через трубу в атмосферу. Гидрав-

лическое сопротивление системы составляет около 8,0 кПа. Схема

охлажде-

ния и увлажнения газов аналогична схеме при выплавке кремния и представ-

ляет собой орошаемый газоход. Орошение газов в газоходе и трубах Вентури

производится слабым (3-5 %) содовым раствором.

Рис. 2.32. Схема газоочистной установки печи для выплавки силумина:

1 – скоростной газопромыватель; 2 – каплеуловитель; 3 – дымосос; 4 – газо-

ход; 5 – труба для выброса газов в атмосферу; 6 – бак для сбора конденса-

та; 7 – насос для конденсата; 8 – зонт; 9 – дымовая труба

Некоторые параметры работы газоочистной установки приведены ни-

же.

Количество газов, тыс. м

/ч

- от одной печи 115-120

- от цеха не менее 200

Температура газов,

- до очистки 160-190

- после газоочистки 40

Содержание вредных приме-

сей, г/м

+ SO

0,2-0,3

пыли 0,5-2,0

Гидравлическое сопротивле-

ние установки (до трубы выброса

газов в атмосферу), кПа

до 10,0

148

Удельный расход орошаемой

жидкости, м

/ч

100-160

Степень очистки газа, %

- от сернистых соединений 85

- пыли 78

Тонкодисперсный характер пыли при выплавке Al-Si сплавов в откры-

тых руднотермических печах и ее возгонно-конденсатное происхождение яв-

ляется причиной частого образования корки на поверхностях аппаратов и,

особенно, вентиляторов. Эта особенность процесса вызывает необходимость

чистки и ремонта оборудования через каждые 3-5 суток работы

. Повышение

эффективности улавливания пыли и сернистых соединений достигается уве-

личением числа эвольвентных форсунок, устанавливаемых в газоходах и

трубах Вентури, а также интенсивностью режима орошения. Получаемые в

результате газоочистки шламовые пульпы из пыли, раствора и конденсата

отправляются в отвалы и могут быть использованы, например, в цементной

промышленности.

Контрольные вопросы

1. Состав газов печей глиноземного производства

2. Схемы очистки газов печей спекания и кальцинации глиноземного

производства

3. Характеристика газов алюминиевых электролизеров

4. Схемы очистки газов алюминиевых электролизеров

5. Очистка газов при переработке вторичного алюминиевого сырья

6. Способы обеспыливания газов при производстве силуминов

2.2.4. Очистка газов в производстве магния

Лекция 17

План лекции

1. Очистка газов при обезвоживании карналлита

2. Очистка газов при электролизе магния

Очистка газов при обезвоживании карналлита

Основным материалом для производства магния электролитическим

способом является карналлит состава MgCl

⋅KCl⋅6H

O. Очищенный искусст-

венный карналлит содержит 32 % MgCl

, 26 % KCl, 5,5 % NaCl и 36 % Н

О.

149

При электролитическом способе получения магния карналлит должен быть

обезвожен, этот процесс происходит в две стадии:

MgCl

⋅KCl⋅6H

O = MgCl

⋅KCl⋅2H

O + 4H

MgCl

⋅KCl⋅2H

O = MgCl

⋅KCl + 2H

Двухстадийный процесс обезвоживания проводится с целью исключе-

ния возможности разложения MgCl

при резком нагреве. Температура плав-

ления двухводного карналлита ~ 260

С. Первая стадия обезвоживания про-

водится в трубчатых вращающихся печах диаметром 1,8-3,5 м и длиной до 36

м. Температура по длине печи не должна превышать 200

С, исключая плав-

ление карналлита. Для этого температура газов, поступающих в печь, должна

составлять 500-600

С. Пылевынос из печи равен 4-5 %, превышение же ско-

рости газов в печи выше 3,5-4 м/с приводит к значительному его возраста-

нию.

Концентрация пыли в отходящих газах 20-40 г/м

. До 2 г/м

в этих газах

содержится хлористый водород. Пыль вращающихся печей весьма гигроско-

пична, поэтому сыпуча только при температурах свыше 100

С. Отходящие

газы направляются на первую стадию очистки от пыли в циклоны типа СИ-

ОТ или батарейные циклоны, однако степень очистки не превышает 70-80 %.

Температура газов в циклонах должна быть не ниже 115

С, чтобы исключить

конденсацию паров воды и соляной кислоты, не допустить налипание пыли

на увлажненной поверхности циклонов и их зарастание.

В последние годы для первой стадии обжига карналлита вместо вра-

щающихся печей используются печи кипящего слоя, которые более предпоч-

тительны по сравнению с трубчатыми, так как они имеют большую произво-

дительность

, менее капиталоемки, более механизированы и автоматизирова-

ны. Отходящие газы из печи очищаются от пыли также в циклонах СИОТ.

Содержание пыли перед циклонами печей кипящего слоя составляет 20-22

г/м

, концентрация HCl 50-70 г/м

. Циклоны при производительности до 40

тыс. м

/ч на 90-95 % улавливают всю пыль. Схема очистки газов первой сту-

пени показана на рис. 2.33.

150

Рис. 2.33. Схема очистки газов первой ступени обезвоживания карнал-

лита: 1 – циклон СИОТ; 2 – бак-сборник растворов; 3,14 – головные и хво-

стовые дымососы; 4 – полый форсуночный скруббер первой ступени очистки

газов; 5,8 – циклоны-каплеуловители; 6,9 – гидрозатворы; 7 – полый форсу-

ночный скруббер второй ступени очистки газов; 10,11 – циркуляционные ба-

ки; 12,13 – циркуляционные насосы; 15 – бак-сборник растворов CaCl

;

16 – дымовая труба; 17 – насос

После первой ступени газы направляются на вторую стадию очистки,

которая осуществляется в абсорберах. Остаточное содержание пыли в них

составляет 2-4 г/м

Вторая стадия обезвоживания карналлита производится в специальных

электрических печах СКП (специальная карналлитовая печь). В ваннах этих

печей карналлит расплавляется и поддерживается постоянный уровень рас-

плава. Процесс обезвоживания протекает в печи непрерывно при 500

С, при

этом удаляется остаточная часть влаги карналлита (3-8 %). При плавке обез-

воженного карналлита выделяется значительное количество паров воды и

хлористого водорода. Состав газов следующий: пыль 2-4 г/м

, Cl

10-20 г/м

HCl 10-20 г/м

. Их объем достигает 3700-4000 м

/ч.

Вторая стадия обезвоживания производится также в хлораторах, пред-

ставляющих собой специальную плавильную печь, разделенную на четыре

камеры. В двух хлораторных камерах происходит хлорация MgO и удаляется

остаточная влага:

2MgO + 2 Cl

+ C = 2MgCl

+ CO

2Н

O + 2 Cl

+ C = 4НCl + CO

Реакция хлорирования протекает при 800-900

С. Газы в количестве до

5000 м

/ч направляются на вторую стадию очистки в абсорберы (рис. 2.34). В

качестве орошающей жидкости на второй стадии очистки хлорсодержащих