Файл: Розенберг Е.Х. Горючие, тепловые отходы и энерготехнологическое комбинирование в фосфорной промышленности.pdf

растворяется), что служит одной из причин увеличения скоро­ сти коррозии.

Полученные данные о скорости коррозии сталей в среде продуктов сгорания печного газа были использованы при кон­ струировании котла-утилизатора для сжигания отходящих га­ зов фосфорных печен. ОКБ ЭТХИМ выполнен эскизный про­ ект такого 'котла-утилизатора. Производительность котла 50 т/час. Давление пара 40 ата. При таком давлении темпера­ тура стенок экранных поверхностей котла равна 270—280°С. Конструктивно котел выполнен на базе котла ГМ-50-1 Белго­ родского котлостроптелыюго завода (рис. 6 ). Котел выполнен но П-образной схеме с совмещенной стенкой и выносным воз­ духоподогревателем. Котел однобарабанный с естественной циркуляцией. Топочная камера полностью экранирована тру­ бами из углеродистой стали. На боковых стенках топки раз­ мещены по три горелки для сжигания низкокалорийного топ­ лива. Схема испарения двухступенчатая. Первой ступенью ис­

парения служат внутрнбарабанные циклоны, второй—вынос­ ные сепарационные циклоны.

Пароперегреватель — конвективный, горизонтальный, рас­ положен в опускном газоходе и по ходу пара разбит на две ступени. Температура перегрева регулируется поверхностным пароохладителем.

Водяной экономайзер — кипящего типа, гладкотрубный, змеевиковый, располоясен в опускном газоходе, состоит из двух блоков. Кипящая часть выполнена из углеродистой ста­ ли, некипящая — из легированной.

Воздухоподогреватель трубчатый с прямоточно-противо­ точной схемой движения воздуха, выполнен из легированной стали.

Наряду с перечисленными исследованиями, на наш взгляд целесообразно, исследовать вопрос дополнительной очистки отходящих газов от паров фосфора и фосфина. Решение этого вопроса значительно улучшит условия работы поверхностей нагрева котла-утилизатора в атмосфере продуктов сгорания отходящих газов фосфорных печей и сделает ненужным очист­ ку продуктов сгорания после котла перед выбросом их в ат­ мосферу.

29

3. Тепло экзотермической реакции окисления фос­ фора в производстве фосфорной кислоты

В технологии производства термической фосфорной кисло­ ты, при окислении фосфора выделяется тепло в количестве 5640 ккал на 1 кг фосфора, что соответствует 40% мощности, расходуемой для выработки этого количества в электротерми­ ческом способе.

Например, на Джамбулеком заводе двойного суперфос­

мощности, потребляемой на заводе для ведения электротерми­ ческого процесса возгонки фосфора.

В настоящее время, тепло при сгорании фосфора, совсем не -используется. Научно-исследовательскими и проектными институтами ведутся работы на стадии лабораторных иссле­ дований и опытных проработок по созданию высокоэкономичных схем получения фосфорной кислоты с использованием теплофизических свойств фосфора.

Одним из направлений использования тепла сгора-ния фос­ фора является теплообменно-тіспар.ительна'Я схема производ­ ства фосфорной кислоты. Так, например, на Джамбулеком заводе двойного суперфосфата перевод производства фос­ форной кислоты с циркуляционной схемы на теплообмен- но-испарптельную, кроме сокращения капитальных вложении позволит-выработать 900 000 то-н-н технологического пара в год.

Следует отметить, что тепло-вой коэффициент полезного действия парогенератора при теплообмѳнно-и-апар-ит-ельной схеме производства фосфорной кислоты не превышает 0,55— 0,6. Столь низкий коэффициент полезного действия является следствием стремления недо-пустить в парогенераторе конден­ сации фосфорной кислоты и тем самым предотвратить корро­ зию поверхностей нагрева.

Более полной утилизации тепла сгорания фосфора можно достичь, применяя для окисления фосфора осущенный воздух. Здесь уместно обратиться к опыту производства серной кисло­ ты. Если в производстве серной кислоты по контактному ме­ тоду для окисления серы до двуокиси серы применяется сухой воздух, то образующиеся продукты сгорания являются не аг­

31

рессивными и могут быть использованы в котлах для произ­ водства пара.

Удаление влаги из воздуха, используемого для горения элементарного фосфора, приведет к образованию безводной пятиокиси фосфора, которая также является нс агрессивным соединением.

Однако S 0 2 представляет собой газ, а Р20 5 при нормаль­ ных условиях — твердое вещество. Осаждение Р20 5 на трубах котлов или других теплообменных устройств приведет к серь­ езным трудностям в их работе.

На рис. 7 приведена расчетная кривая зависимости точек

Парциальное даіпение АДв. ш ріл cm

Рис. 7. Расчетная кривая точек росы фосфорного ангидрида для газов, полученных при сжигании фосфора в сухом воздухе.

росы фосфорного ангидрида для газов, полученных при сжи­ гании фосфора в сухом воздухе, от избытка последнего. Поль­ зуясь этим графиком, можно выбирать требуемые темпера­ турные условия работы теплообменных аппаратов.

Непременным условием для проведения процесса сжига­ ния фосфора в сухом воздухе является поддержание темпера­ туры стенки поверхностей нагрева и температуры продуктов сгорания на выходе из котла-утилизатора выше точки росы фосфорного ангидрида. В этом случае исключается возмож­ ность осаждения Р2 О5 на поверхностях нагрева, а также на выходе из котла фосфорный ангидрид будет находиться в га­ зообразном состоянии и его можно будет абсорбировать циркулирующей фосфорной кислотой в специальной башне с

.32

насадками. Так при коэффициенте избытка воздуха3 =1,2 точка росы фосфорного ангидрида равна 265°С.

Отсюда следует, что при сжигании фосфора в сухом возду­ хе температура стенки поверхностей нагрева котла-утилиза­ тора должна быть не ниже 280—300°С. Как известно, темпе­ ратура стенки радиационных поверхностей нагрева котловутилизаторов среднего и высокого давления всегда выше ука­ занного предела.

Таким образом, для наиболее полной утилизации тепла сгорания фосфора в теплообменных устройствах с выработкой пара, для нормального ведения процесса необходимо произво­ дить пар энергетических параметров.

На необходимость производства пара энергетических па­ раметров при сжигании фосфора указывает и тот факт, что при условии отсутствия внешнего потребителя современные фосфорные заводы имеют ограниченную потребность в тех­ нологическом паре, который в достаточных количествах мо­ жет быть выработан при использовании горючих и тепловых отходов производства.

Пар энергетических параметров может быть использован для выработки электроэнергии, с возвратом последней в про­ цесс производства фосфора.

Все эти предпосылки легли в основу приводимого «иже

энерготехнологического способа производства полифосфорной кислоты.

Вторым направлением использования тепла сгорания фос­ фора является использование тепла по регенеративной схеме, т. е. возвратом его непосредственно в технологический про­

котлы являются простым дополнением к существующим про­

изводственным агрегатам, благодаря которым достигается эко­ номия топлива по заводу. Использование тепла непосред­ ственно в технологическом печном агрегате дает не только эко­ номию топлива в самом агрегате и по заводу в целом, но и способствует повышению технологических показателей рабо­ ты агрегата и, в частности, росту его удельной производи­ тельности.

Как будет показано ниже, наиболее полное использование всех ресурсов производства достигается в комплексных высо­ котемпературных энерготехнологических процессах с непо­ средственным использованием тепла сгорания фосфора.

33

4. Использование физического тепла огненно­ жидких шлаков

' В производстве фосфора электротермическим способом на одну тонну основного продукта вырабатывается около 1 0 тог­ ненно-жидкого шлака. Реализация шлака и использование его физического тепла является проблемой в фосфорной промыш­ ленности, решение которой позволит значительно улучшить экономику фосфорного производства.

Известно, что в США и ФРГ фосфорные шлаки полностью реализируются в основном в промышленности строительных материалов.

У нас в стране до последнего времени шлаки фосфорного производства не использовались, что объяснялось неболь­ шими объемами их выпуска. За последнее время наблю­ дается сдвиг в этой области, а именно фосфорные шлаки сей­ час частично используются в промышленности строительных материалов — их потребляют шесть цементных заводов.

Экономический эффект использования шлаков может быть улучшен за счет увеличения ассортимента шлаковых изделий, производства продуктов наиболее ценных для промышленно­ сти. Химическая природа фосфорных шлаков указывает на возможность разнообразного применения их в промышленно­ сти. По химическому составу они напоминают широко исполь­ зуемые в промышленности строительных материалов домен­ ные шлаки, отличаясь от последних повышенным содержани­ ем Р2 0 5 (до 2,5—3,0%), наличием соединений фтора (до 5%' в пересчете на CaF2), пониженным содержанием А120з и MgO. Сумма основных компонентов (СаО и Si02) в этих шлаках составляет до 90%. Все это позволяет утверждать, что фос­ форные шлаки могут быть переработаны не только на прос­ тые и дешевые строительные материалы (щебень, пемзу, гра­ нулят), но и из них возможно получение более ценных мате­ риалов, например, портландцемента. По данным ИФХИМСа Сибирского отеленйя АН СССР при переработке фосфорных шлаков на портландцемент модуль кислотности шихты дол­ жен быть равен 0,35—0,47. В качестве добавки используется боксит. Средняя цена портландцемента 10 руб. за тонну, вы­ ход его составляет 4—5 г на тонну фосфора.

Учитывая опыт цветной металлургии, где в ряде произ­ водств шлак подвергается дополнительному переделу с целью извлечения из него ценных элементов, следует отметить, что « в фосфорной промышленности не снимается вопрос о вторич­

34

ном переделе фосфорных шлаков с целью извлечения из них фтора, тем более, что природные запасы этого элемента у нас в стране ограничены.

Физическое тепло огненно-жидкого шлака фосфорной про­ мышленности до настоящего времени не используются. При­ мерные параметры фосфорных шлаков, определяющие их свойства как теплоносителя, приведены в таблице 2. Тепловые характеристики шлаков фосфорных печей позволяют рассмат­ ривать их как концентрированный источник тепла высокого потенциала, занимающий одно из первых мест в тепловом ба­ лансе печи и составляющий более 30% от общего количества вводимого в печь тепла.

Из предварительных расчетов следует, что экономический эффектрт утилизации тепла шлаков соизмерим с экономией от использования его в промышленности строительных мате­ риалов. Отсюда, общим условием оптимального использова­ ния отвальных шлаков является комплексная переработка шлаков с утилизацией заключенного в них тепла. Необходи­ мые для этого установки следует располагать в непосредст­ венной близости от источника отвальных шлаков. Использо­ вание тепла отвальных шлаков надо рассматривать не изо­ лированно, а с учетом всей системы производства. В этом слу­ чае фосфорное производство, обладающее несколькими вида­ ми тепловых и горючих отходов, представляется наиболее сложным.

Общим требованием использования тепловых и горючих отходов любого производства является то, что вырабатывае­ мый теплоноситель должен применяться в течение возможно большего числа часов. Оптимальным в этом отношении следу­ ет' считать нагрев за счет1 тепла шлаков дутьевого воздуха, не­ обходимого агрегату, выдающему эти шлаки, что интенсифи­ цирует также производительность агрегата. Подобная схема возможна при энерго-технологическом способе производства фосфора, когда весь воздух, нагретый за счет тепла фосфор­ ных шлаков, может быть направлен в циклон энерготехноло­ гического агрегата для расплавления фосфатного сырья.

На рис. 8 показана схема комплексного энерготехнологи­ ческого использования шлакового расплава с производством пемзы и получения горячевого дутьевого воздуха, предложен­ ная кафедрой огневой промышленной теплотехники (ОПТ) МЭИ. В рассматриваемой схеме шлак поступает в порпзатор,

где осуществляется барботажная продувка жидкого шлака небольшим количеством воздуха с газообразующей пылью из-

35