Модернизация печей цеха спекания на базе АО «Алюминий Казахстана

3.5.8 Восстановитель. В качестве восстановителя применяется либо антрацит, либо отсев кокса. Технические условия – минимальное содержание летучих в горючей массе. В этом отношении предпочтительнее кокс. На приготовление шихты поступают следующие компоненты:

1) Известково-бокситовая  смесь. В ЦПС при разгрузке  известняка на вагоноопрокидывателе  выставляется всегда 15 вагонов. Для  обеспечения усреднения боксита  в процессе приготовления шихты, для исключения толчков по  глинозему и в зависимости от щелочного баланса в 15 вагонов устанавливают потребное количество вагонов боксита: например 14:1, 13:2, 12:3и т.д. При перегрузках известково-бокситовая смесь выравнивается по составу. Может происходить и послойная закладка известняка и боксита на склады усреднения в требуемом соотношении.

2) Пульпа соды кальцинированной  в красном шламе с концентрацией  соды около 25%. Пульпа образуется  при репульпации соды в ЦПС  проточным потоком красного шлама  и закачивается в схему усреднения  содово-шламовой пульпы в отдельные бассейны.

3) Красный шлам. Красный  шлам, поступающий из ГМЦ, усредняется  в отдельных бассейнах усреднения  красного шлама.

4) Восстановитель.

Приготовление шихты осуществляется в сырьевых мельницах ОПШ путем размола известково-бокситовой смеси совместно со шламом и содо - шламовой пульпой. В одну из мельниц дополнительно на размол подается восстановитель. Полученная шихта закачивается в бассейны схемы усреднения шихты. Дозировка компонентов шихты производится с целью обеспечения реакций

 

2СаО + SiO2 = 2СаО * SiO2

 

Эта реакция обеспечивается приготовлением шихты по известковому модулю. Известковый модуль – это молярное отношение окиси кальция к окиси кремния в шихте, спеке.

Принятое в металлургии весовое процентное содержание компонентов позволяет вести расчет модулей прямо

 

Количество молей СаО= ;

 

Количество молей SiO2= ,

 

где 56 – молярная масса СаО;

      60 – молярная  масса SiO.

Исходя из молярного состава двухкальциевого силиката 2СаО * SiO2, известковый модуль в спеке должен быть равен 2,0, однако, ранее указывалось, что при спекании происходит расшихтовка за счет окиси кремния золы угля приблизительно на 0,02 на каждый процент зольности. Поэтому шихта приготавливается, например на зольность 6 %, с известковым модулем μ = 2,0+ 6 (2/100) = 2,12.

Точность дозировки известняка при приготовлении шихты должна быть очень высокой – как недостаток, так и избыток СаО в конечном итоге снижает химические выхода при гидрохимической переработке спека

 

Na2O*CO2 + Al2O3 = Na2O*Al2O3 +СО2;

 

Na2O*CO2 + Fe2O3 =Na2O*Fe2O3 + СО2.

 

Эти реакции обеспечиваются приготовлением шихты по щелочному модулю. Щелочной модуль α - это молярное отношение окиси натрия к окиси алюминия в шихте, спеке.

Молярная масса Na2O – 62

Молярная масса Al2O3 – 102

 

 

Щелочной модуль

 

Дозировка соды в шихту может производится из расчета получения:

– стехиометрически насыщенной шихты, когда дозировка щелочи ведется на связывание Al2O3 в алюминат натрия, и всей окиси железа в феррит натрия;

– стехиометрически ненасыщенной шихты, когда дозировка щелочи ведется на связывание Al2O3 в алюминат натрия, и только части железа в феррит натрия.

При выщелачивании спеков алюминат натрия растворяется в горячей воде, а феррит натрия подвергается гидролизу, т.е. разложению под действием воды

 

Na2O * Fe2O3 + H2O = 2 NaOH + Fe2O3

 

и является способом каустификации соды.

 

Na2O * Fe2O3 + Н2О = 2 NaOH + Fe2O3.

 

Если применить при спекании красного шлама стехиометрически насыщенную шихту, то при столь высоком содержании исходном сырье (а значит спеке) окиси железа, спек, будет обладать очень высокой каустифицирующей способностью; для насыщенной шихты показатели извлечения глинозема из спека наивысшие. Однако практика работы переделов спекания показала, во-первых непреодолимые трудности ведения процесса спекания высокомодульной шихты, во вторых, потери щелочи на каждую единицу выщелоченного в раствор алюминия выше, по сравнению с ненасыщенной шихтой. Поэтому применяема шихта всегда принимается исходя из конкретных условий спекания:

– при переработке нефелина

 

(Na 2О * Al 2О 3 * 2S1O 2 * 2Н 2О),

 

– когда щелочные вещества содержатся в руде, шихта готовится на максимальное извлечение глинозема, а образующаяся в конце процесса сода является побочным продуктом;

– при переработке шлама, когда сода покупается как технологический материал шихта готовится на состав, дающий минимальные потери щелочи, – такой шихтой является ненасыщенная шихта.

Другой причиной к применению ненасыщенной шихты является тот факт, что от уровня содержания феррита натрия зависит температура плавления спека – чем выше содержание феррита натрия (N/F) тем ниже и уже температурная площадка спекообразования. Практика показала, что оптимум по щелочному модулю в спеке при переработке красного шлама, исходя из поведения шихты при спекании и показателей гидрохимической переработки спека, находится в районе α = 1,35.

Схематично распределение щелочи в спеке раскладываются в следующей ранжировке по их химической стойкости и прочности соединений: 1) Na2O*SO3; 2) Na2О*Cl; 3) Na2O*Al2O3; 4) Na2O*Fe2O3;

5) прочие паразитные  соединения.

В практике спекания в такой последовательности и ведется расчет фазового состава: определяется общая щелочь в спеке и по содержанию

(SO3)-2, Cl-l рассчитывается содержание Na2S 4, NaCl, затем по содержанию Al2O3 определяется расход щелочи на алюминат натрия; остаток щелочи относится на феррит натрия и рассчитывается содержание NF в спеке. Щелочной модуль спека α – 1,35 приблизительно соответствует, в зависимости от содержания SO3, С1, содержанию ферритов натрия в спеке 6 - 8 %. Спекание при содержании NF в спеке больше 10-12 % уже затруднено.

Поэтому важно учитывать тонкость влияния химического состава спека на показатели его переработки при ведении процесса спекания – расшихтовка золой из-за резких колебаний подачи угля, частичная замена угля мазутом, плав и, следовательно, повышенный возгон щелочей и их улет в дымовую трубу – все это выталкивает химический состав из оптимума. Именно требования точности шихтовки обуславливает четырехкратный в течении суток анализ угольной пыли на зольность и её компоненты SiO2, А12О3 для управления приготовлением шихты. Метод восстановительного спекания - основан на следующем:

1) Трехвалентная окись  железа Fe2O3 обладает кислыми свойствами и взаимодействует со щелочью, образуя феррит натрия Nа2О * Fe 2O3;

2) Двухвалентная окись  железа FeО обладает основными свойствами и не взаимодействует со щелочами, т.е. не образует ни ферритов натрия, ни ферритов кальция.

3) Чистое железо нейтрально  по отношению к щелочам.

Исходя из этого, в шихту вводится восстановитель – углерод, который в форме окиси углерода СО в диапазоне температур 400 – 800 °С  восстанавливает окись железа до закиси,

 

Fe2O3 + СО = 2 FeO + СО2

 

а выше 800ºС, до чистого металлического железа. Таким образом, восстановленные формы окиси железа при спекании становятся нейтральными по отношению к щелочам, что обуславливает нормальное протекание реакции

Al2O3 + Na2O = А12О3 * Na2O.

 

На выходе спека из зоны пылеугольного факела восстановленные формы окиси железа окисляются до трехвалентной окиси. Восстановление идет угарным газом – СО, а доля угарного газа, до которого окисляется углерод восстановителя

 

С+

О2=СО,

 

зависит от текущей концентрации кислорода в газах горения угля. Наилучшие результаты восстановительного спекания будут при фиксированном содержании О2 в отходящих газах. Вполне очевидно, что при грубых регулировках топлива (а значит и О2 в отходящих газах) значительно изменяется и степень восстановления железа и размер зоны восстановления и её местоположение в печи, а это делает качество спека с точки зрения правильности прохождения химических реакций неустойчивым. При этом надо указать и на то обстоятельство, что нельзя шихтовать на полное восстановление железа – часть трехвалентного железа должна быть связана со щелочью в феррит натрия.

Восстановитель – антрацит или кокс дозируется на заданное процентное содержание углерода в шихте, учитывая содержание углерода в красном шламе. Красный шлам поступает на переработку с небольшим содержанием органических веществ, содержащих углерод.

Появление заметной доли нерастворимых форм соединений серы, остающихся в шламе и откачиваемых на шламовое поле, не только способ очистки схемы завода от сернистых соединений, но и является позитивным экологическим фактором – заметная доля твердых выбросов в дымовую трубу – сернистые соединения. Оптимальным в настоящее время считается концентрация углерода в шихте около 2,3 %.

Таким образом, шихта, получаемая методом совместного размола боксито-известковой смеси в красном шламе должна иметь следующий химический состав:

– модуль известковый около μ=2,1;

– модуль щелочной около α = 1,35;

– содержание углерода С = 2,3 %.

Состав спека должен точно соответствовать следующему составу в диапазонах: α = 1,32 - 1,36;  μ = 1,95 - 2,05.

3.5.9 Аппаратурно-технологическая схема  процесса пылеприготовления. Отделение пылеприготовления предназначено для хранения оперативного запаса сырого угля, его размола совмещаемого сушкой угольной пыли, хранения текущего запаса угольной пыли и её точной дозировки в печь спекания.

Сырой дробленный уголь из цеха подготовки сырья ЦПС подается ленточными конвейерами в бункера сырого угля геометрической емкостью 205 м3 каждый. На пылеугольных системах печей установлено по 4 бункера,

Из бункеров, сырой уголь дозируется лотковыми питателями и через течки поступает в загрузочные горловины шаровых барабанных мельниц ШБМ. Сюда же из топок, расположенных на отм. 0,0 мельничным вентилятором ВМ – 75 засасываете сушильный агент – горячие топочные газы, а через присадку холодного воздуха на отм. ± 10,8 м. - воздух.

Измельчение сырого угля и приготовление угольной пыли происходит за счет того, что, при вращении барабана ШБМ смесь сырого угля и мелющих тел, прижимается центробежной силой к волнообразной поверхности броней, поднимается на высоту, обусловленную скоростью вращения барабана, до точки отрыва и падает вниз. Таким образом, вся масса сырого угля мелющих тел находится в постоянном хаотическом движении, взаимодействуя между собой. Размол основан на сочетании ударного и истирающего действия и эвакуации угольной пыли из полости мельницы просасываемым через барабан мельницы воздухом.

Из мельницы аэросмесь (горячий воздух, топочные газы и угольная пыль) по пылепроводу попадает в сепаратор угольной пыли. При входе аэросмеси в наружный конус сепаратора из пылепровода, за счет резкого увеличения площади проходного сечения аэросмесь теряет скорость, в результате чего крупная фракция угольной пыли выпадает из газопылевого потока и по течке с мигалками возвращается в ШБМ на дальнейшее измельчение. Из наружного конуса аэросмесь проходит между направляющими лопатками, приобретая вращение, во внутренний конус. Вращаясь по спирали, частицы угольной пыли центробежной силой прижимаются к стенкам внутреннего конуса, за счет трения теряют скорость, и средняя фракция по течке с мигалками возвращается на домол в ШБМ. Таким образом, ШБМ с сепаратором работают в замкнутом цикле.

Из сепаратора по пылепроводу аэросмесь, поступает в пылеугольный циклон. Внутри циклона газопылевому потоку вновь придается вращательное движение за счет того, что пылепровод врезан в корпус циклона по касательной.

Угольная пыль центробежной силой прижимается к стенкам корпуса, за счет действия сил трения теряет скорость, кондиционная по размерам пыль по течке с мигалками ссыпается в бункер угольной пыли.

Далее, аэросмесь, содержащая в себе остатки угольной пыли, в количестве порядка 40 г/м3, по газоходу, через всасывающий патрубок, поступает в мельничный вентилятор и нагнетается, через трубопровод рециркуляции, в загрузочный стояк ШБМ, а по трубопроводам третичного и первичного воздуха в печь спекания. Также в трубопровод третичного воздуха поступает пыль узла газоочистки и пылевозврата.

Кондиционная угольная пыль, дозированная лопастными питателями, попадает в эжектор – смеситель трубопровода первичного воздуха и через пылеугольную горелку вдувается в печь спекания. Трубопровод рециркуляции служит для регулирования объема и скорости аэросмеси в пылеугольной системе.

3.5.10 Улавливание технологической  пыли. Устройства для улавливания пыли из отходящих печных газов и возврата ее в печь состоят из: переходной камеры, трех групп по шесть циклонов ЦН–24 диаметром 1600 мм и горизонтального электрофильтра УГЗ–3(4)–177, снабженного двойным пылевыми затворами; шнеков, паневмовинтовых насосов; тихоходного элеватора высотой 31м; мельничного вентилятора BМ 40/750, питателей и затворов. В конце печной установки расположены два дымососа Д21 5х2у, нагнетающие отходящие к печи газы в дымовую трубу. Пылевые выбросы из себя представляют по химическому составу вырожденную шихту для которой характерно уменьшение содержания основных химических элементов шихты и значительное обогащение твердых веществ поваренной (NaCl) и горькой (КС1) солями. Предельно допустимый выброс твердых веществ по воздействию на окружающую среду – 0,8 г / м3.

3.5.11 Охлаждение и транспортировка  спёка. В результате физико-химических превращений и частичного оплавления шихты в зоне спекания, в печи получаете спек – окускованный пористый материал. Выходящий из печи спек, через течку попадает в холодильник, где происходит его дальнейшее охлаждение за счет наружного орошения оборотной водой барабана холодильника, а также пересыпания спека полками и прососа воздуха через холодильник запечными дымососами. Для исключения выхода из холодильника неохлажденного спека, в разгрузочном конце спек может непосредственно орошаться водой в небольшом количестве подаваемой через специальную форсунку. В холодном конце холодильника смонтирована разгрузочная царга, имеющая четыре ряда отверстий диаметром 110 мм через которые просыпается спек. Разгрузочная царга входит в разгрузочную (холодную) головку холодильника, которая переходит в течку холодильник – конвейер. Разгрузочные течки смонтированы под каждым холодильником.