МНОГОКАМЕРНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ХЛОРМАГНИЕВОГО СЫРЬЯ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ Российский патент 1997 года по МПК F27B15/00 

Изобретение относится к многокамерным аппаратам для обезвоживания хлормагниевого сырья в кипящем слое и может найти применение в металлургии, химии и других отраслях промышленности для обезвоживания термолабильных, комкующихся материалов, осложненного гидролизом или другими побочными процессами. Особое значение данное изобретение может найти в производстве магния при обезвоживании синтетического карналлита, когда электролитический хлор полностью или частично является продуктом, необходимым в процессе для превращения оксидных или сульфатных соединений магния в хлориды.

Из способа обезвоживания хлористых солей, например, карналлита (авт.св. СССР N 161493, кл. C 22 B 26/22, C 01 F 5/32, 1964 г.) известен многокамерный аппарат с подачей хлора в топки последних камер. В данном способе оговариваются, в основном, режимные параметры процесса и почти полностью отсутствуют сведения о его аппаратурном оформлении.

Известен способ утилизации хлора из отходящих газов магниевого производства сжиганием в печах для обезвоживания карналлита, который для более полной очистки отходящих газов от хлора предусматривает подачу исходных хлорсодержащих газов, являющихся отходом производства, непосредственно в высокотемпературный факел горения жидкого или газообразного топлива. В результате предложенной обработки при высоких температурах хлор, взаимодействуя с углеводородами, связывается с водородом, находящимся в продуктах горения, в хлористый водород. В условиях магниевых заводов хлорсодержащие газы подают вместо воздуха на горение в топки аппаратов обезвоживания и в частности аппаратов кипящего слоя, где в токе нагретых топочных газов, содержащих хлористый водород, осуществляют обезвоживание кристаллогидратов хлорида магния или карналлита. Анодный хлор вводят в газовые горелки вместе с горючим газом или непосредственно в факел горения нефтяных форсунок (авт. св. СССР N 140211, кл. C 25 C 3/04, 1962 г.). Предложенные способы позволяют упростить процесс очистки газов от хлора и одновременно уменьшить гидролиз хлормагниевых солей при их обезвоживании.

Однако в имеющихся описаниях нет подробных сведений о примененной для их использования аппаратуры. Из практики внедрения указанных способов известно, что она сопровождается значительным ухудшением экологической обстановки из-за выбросов хлора и хлористого водорода в окружающую среду. При длительном использовании указанных способов с сжиганием части анодного хлора имело место преждевременное разрушение корпуса многокамерного аппарата кипящего слоя с преждевременным выводом всего аппарата на капитальный ремонт. Это было связано с тем, что в нижней части аппарата и в топках давление всегда выше атмосферного, и содержащие HC1 топочные газы проникают через неплотности футеровки к металлическому кожуху, постепенно корродируют его и выходят наружу в рабочее помещение, где установлен аппарат.

Известен аппарат кипящего слоя, который либо по части основных признаков, либо полностью соответствует камере многокамерного аппарата кипящего слоя, разделенной газораспределительной решеткой на надрешеточную и футерованную подрешеточную части с примыкающим к последней футерованным газоходом, соединенным с выносной топкой, имеющей футерованные камеру горения и камеру смешения, горелочное устройство и патрубки для подвода топлива и воздуха; при этом в один из патрубков вместо воздуха на горение введены разбавленные хлорсодержащие газы. Хлор из этих газов, попадая в факел горения топлива, превращается в хлористый водород. Боковые стенки топки и соединительного газохода имеют двойные кожухи, полость которых снабжена патрубками для подачи охлаждающего воздуха, и имеют проемы для последующего отвода этого воздуха в камеру смешения. При этом содержащие хлористый водород и охлажденные до 500^oC топочные газы подают в слой через имеющие двойные охлаждаемые стенки фурмы выше уровня газораспределительной решетки. Под решетку через соединительный газоход подают из второй топки греющие газы, не содержащие хлористого водорода [1]
Конструкция камеры по [1] исключает разрушение нижней, подрешеточной части кожуха и попадание в окружающую среду газов, содержащих хлористый водород, поскольку этих газов в подрешеточной части камеры нет. Однако остается возможным разрушение торцевой части топки, где под давлением находятся горячие хлорсодержащие газы и которая не защищена двойным кожухом. Кроме того, исследования показали, что подача содержащих хлористый водород топочных газов через фурмы выше уровня решетки менее эффективна для подавления гидролиза, чем подача такого же количества этих газов через решетку. Такое техническое решение имеет смысл только с точки зрения упрощения газоочистки запыленных хлорсодержащих газов.

Общим недостатком всех перечисленных выше конструкций, предназначенных для утилизации отбросных газов, которые содержат хлор в небольшом количестве, является ограниченность их использования для восстановления большого количества хлора в хлористый водород в факеле горения топлива из-за нехватки водорода в топливе и воды в первичном воздухе. Особенно существенным этот недостаток является при использовании жидкого топлива, которое содержит меньше водорода, чем например, природный газ, и при работе по переработке оксидного или сульфатного сырья, когда электролитический хлор необходимо полностью или частично использовать как оборотный продукт, превращая его сначала в хлористый водород, а затем в хлормагниевые соединения. Кроме того, в известных устройствах из-за недостаточной турбулентности газового потока имеют место проскоки хлора в отходящие газы.

Технической задачей изобретения является увеличение срока службы многокамерного аппарата кипящего слоя, ликвидация вредных выбросов в окружающую среду и главное возможность восстановления больших количеств хлора в хлористый водород в факеле горения топлива в топках аппарата для обезвоживания хлормагниевого сырья при максимальном снижении гидролиза последнего во время его дегидратации.

Это достигается тем, что по крайней мере в части камер аппарата к патрубкам для подачи воздуха на горение в камеры горения топок или непосредственно к горелочным устройствам подсоединены патрубки для подачи хлора; при этом по крайней мере в части камер аппарата и в том числе у камер, в топки которых подведен хлор, подрешеточная часть имеет полый кожух с патрубками для подачи в него охлаждающего воздуха и каналами для отвода нагретого в полости двойного кожуха воздуха в подрешеточную часть камеры аппарата и/или в соединительный газоход, расположенный между топкой и подрешеточной частью аппарата, а сама топка имеет с торца полый кожух, сообщающийся с полым кожухом ее боковых стенок.

При этом в тех топках, где к патрубкам воздуха на горение или непосредственно к горелочным устройствам подсоединены патрубки для подачи хлора, к патрубкам воздуха на горение дополнительно подсоединены патрубки для подачи водородсодержащего продукта. Эти патрубки могут быть подсоединены непосредственно к горелочным устройствам. При работе топок на жидком топливе с паровым распылом последнего к паровому штуцеру горелочного устройства могут быть подсоединены патрубки для подачи хлора и водородсодержащего продукта.

В камерах, в топки которых подают хлор, газораспределительную решетку и стенки, разделяющие подрешеточные части камер друг от друга, выполняют из стали 1Х18Н9Т или из другой стали, стойкой к хлористому водороду в условиях работы этих камер аппарата.

Выполнение двойных кожухов со всех сторон топки, соединительного газохода и подрешеточной части камер, а также подача в полости между кожухами охлаждающего воздуха с давлением выше чем давления содержащих хлористый водород топочных газов внутри топки, соединительного газохода и подрешеточного пространства камер, исключает проникновение топочных газов к наружным кожухам, ограничивает коррозию внутренних кожухов и тем самым предотвращает их разрушение и, следовательно, соответствующее загрязнение окружающей среды.

Подача хлора в патрубок воздуха для горения, в особенности, если она производится струями радиально потоку воздуха, усиливает перемешивание этих газов, повышая турбулентность газов в факеле горения и тем самым устраняя неравномерность времени пребывания отдельных компонентов в факеле. Тем самым уменьшается вероятность прорыва непрореагировавшего хлора из факела и появление его выбросов в отходящих газах. К аналогичным результатам приводит и подвод хлора через патрубок к горелочному устройству.

При необходимости восстанавливать большие количества хлора в хлористый водород, содержащегося в углеводородном топливе водорода может не хватить. Особое значение это приобретает при использовании жидкого топлива, в котором водорода много меньше, чем, например, в природном газе. Для решения этой задачи в факел горения дополнительно вводят водородсодержащий продукт. Для увеличения турбулизации газовых потоков и соответственно полноты реакции восстановления хлора патрубки для водородсодержащего продукта как и патрубки для хлора вводят в патрубок воздуха на горение или в горелочное устройство.

При работе на жидком топливе с паровым распылом к паровому штуцеру горелочного устройства для лучшей турбулизации всех потоков присоединяют патрубки для подачи хлора и водородсодержащего продукта.

Таким образом, заявляемые признаки в совокупности позволяют увеличить срок службы предлагаемого многокамерного аппарата кипящего слоя, ликвидировать вредные выбросы в окружающую среду и обеспечить возможность восстановления больших количеств хлора в хлористый водород в факеле горения топлива в топках аппарата для обезвоживания хлормагниевого сырья при максимальном снижении гидролиза последнего во время его дегидратации.

На фиг.1 схематично изображен продольный разрез многокамерного аппарата; на фиг.2 его поперечный разрез.

Аппарат содержит корпус 1 с вертикальными поперечными перегородками 2, разделяющими корпус на камеры 3 газораспределительными решетками 4, которые делят каждую камеру на подрешеточную часть 5 и надрешеточную часть 6. В вертикальных перегородках 2 имеются сливные отверстия 7, сообщающие камеры друг с другом. В первой камере установлено загрузочное устройство 8, а в последней сливной порог 9. Подрешеточная часть камеры 5 футерована и имеет двойной кожух, к полости которого присоединен патрубок охлаждающего воздуха 10. В полости имеются каналы 11, через которые нагретый в ней охлаждающий воздух поступает в футерованный и имеющий двойной кожух газоход 12, который соединяет подрешеточное пространство каждой камеры с выносной топкой 13. Эта топка имеет футерованные камеру горения 14 и камеру смешения 15. Топка так же, как и соединительный газоход, имеет двойной кожух с патрубками 10 для ввода охлаждающего воздуха и каналы 16 для выхода этого воздуха из полости между кожухами в камеру горения 14 и/или в камеру смешения 15.

В камеру горения введено горелочное устройство 17, к которому подведены патрубок 18 для топлива, патрубок 19 для воздуха на горение, патрубок 20 для водородсодержащего продукта и патрубок 21 для хлора. Патрубки 20 и 21 могут быть первоначально введены радиально в патрубок 19 для смешения с первичным воздухом. При работе на жидком топливе и использовании горелок с его паровым распылом патрубки 20 и 21 могут быть подсоединены непосредственно к паровому штуцеру горелочного устройства.

В верхней части надрешеточного пространства каждой камеры имеются отверстия 22 для отсоса запыленных отходящих газов.

Аппарат работает следующим образом.

Шестиводный карналлит через загрузочное устройство 8 поступает в первую камеру и с помощью этого устройства равномерно распределяется по поверхности кипящего слоя, высота которого определяется расстоянием от газораспределительной решетки 4 до низа сливного отверстия 7. Теплоноситель, поступающий из выносной топки 13 через соединительный газоход 12 в подрешеточную часть 5 каждой камеры 3, подается в слой через газораспределительную решетку 4, нагревает материал до 120-130^oC, высушивает его и частично обезвоживает.

Из первой камеры высушенный и частично обезвоженный карналлит поступает через имеющееся в перегородке 2 сливное отверстие во вторую камеру, где обезвоживается топочными газами, содержащими хлористый водород, который препятствует гидролизу карналлита при его обезвоживании. Затем через сливное отверстие 7 материал поступает в третью камеру и т.д. Из последней камеры содержащий около 49% MgCl₂; 0,5% MgO и 0,5% H₂O готовый продукт при 290-310^oC через сливной порог 9 поступает на дальнейшую переработку.

Запыленные отходящие газы, содержащие хлористый водород, из надрешеточной части каждой камеры через отверстия 22 в ее верхней части поступают на пылегазоочистку.

В камеру горения 14 топки 13 по соответствующим патрубкам подается топливо, воздух на горение, хлор и водородсодержащий продукт. Хорошо перемешанная смесь этих компонентов в факеле горения топлива превращается в топочные газы с температурой не менее 1100^oC. В этих газах помимо продуктов горения топлива содержится хлористый водород, который образуется при взаимодействии с водородсодержащим продуктом и водородом, присутствующим в топливе. Количество подаваемого водородсодержащего продукта (пара) регулируют в зависимости от количества сжигаемого топлива и содержания водорода в последнем. Сама топка и газоход, соединяющий ее с подрешеточной частью камеры, а также эта часть имеют двойные кожухи, в полости которых подается под давлением охлаждающий воздух.

Далее по каналам, выходящим из этих полостей, нагретый воздух попадает в камеру горения, камеру смешения, соединительный газоход и подрешеточное пространство и охлаждает топочные газы до 350-550^oC. При использовании одного нагнетателя воздуха давление в полостях будет всегда выше давления внутри топки и далее давления по всему тракту движения греющих газов. Поэтому попадание содержащих хлористый водород газов через неплотности футеровки в полости двойного кожуха и далее в окружающую среду будет исключено.

Таким образом, предложенный аппарат в полной мере обеспечивает решение поставленной технической задачи.

Сущность: многокамерный аппарат включает в себя корпус с разделяющими его на камеры перегородками со сливными отверстиями для перетока материала из камеры в камеру, установленные в них газораспределительные решетки, которые делят каждую камеру на надрешеточную и футерованную подрешеточную часть, установленные впервой камере загрузочное устройство и в последней - сливной порог. В верхней надрешеточной части каждой камеры имеется отверстие для отсоса запыленных отходящих газов, а подрешеточная часть соединена футерованным газоходом с выносной топкой, имеющей футерованные камеру сгорания и камеру смешения. В факел горения топлива подведен воздух на горение и в топки части камер подведен хлор. Соединительный газоход и боковые стенки топки снабжены двойными косухами, куда подаются охлаждающий воздух, который затем через проемы в полости между кожухами поступает в камеру горения и/или камеру смешения топки и охлаждает топочные газы. При этом по крайней мере в части камер аппарата к патрубкам для подачи воздуха на горение в камеры горения топок или непосредственно к горелочным устройствам подсоединены патрубки для подачи хлора; причем по крайней мере у части камер аппарата и в том числе у камер, в топки которых подведен хлор, подрешеточная часть имеет полый кожух с патрубками для подачи в него охлаждающего воздуха и каналами для отвода нагретого воздуха из полого кожуха в подрешеточную часть камеры аппарата и/или в соединительный газоход, расположенный между топкой и подрешеточной частью камеры аппарата, а сама топка имеет с торца также полый кожух, сообщающийся с полым кожухом ее боковых стенок. В тех топках, где к патрубкам первичного воздуха или непосредственно к горелочным устройствам подсоединены патрубки для подачи хлора, к патрубкам воздуха на горение могут быть подсоединены патрубки для подачи водородосодержащего /пара/ продукта. Эти же патрубки могут быть непосредственно подсоединены к горелочным устройствам. При работе топок на жидком топливе с паровым распылом последнего к паровому штуцеру горелочного устройства могут быть подсоединены патрубками для подачи хлора и водородосодержащего продукта. В камерах, в топки которых подают хлор, газораспределительную решетку и стенки, разделяющие подрешеточные части камер друг от друга, выполняют из стали 1Х18Н9Т или из другой стали, стойкой к хлористому водороду в условиях работы этих камер аппарата. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Многокамерный аппарат кипящего слоя для обезвоживания хлормагниевого сырья в кипящем слое, каждая камера которого имеет газораспределительную решетку, разделяющую ее на надрешеточную и футерованную подрешеточную части, футерованный газоход, соединяющий камеру с выносной топкой, имеющей футерованные камеру горения и камеру смешения, горелочное устройство и патрубки для подвода топлива, патрубки воздуха на горение и патрубки воздуха на охлаждение топочных газов, причем последние патрубки сначала подведены к сообщающимся с камерой горения и/или камерой смешения полостям двойных боковых кожухов топки и соединительного газохода, а к части топок аппарата в факел горения топлива подведен патрубок подачи хлора, отличающийся тем, что по крайней мере у части камер аппарата к патрубкам для подачи воздуха на горение в камеры топок или непосредственно к горелочным устройствам подсоединены патрубки для подачи хлора, при этом по крайнем мере у части камер аппарата, и в том числе у камер, в топки которых подведен хлор, подрешеточная часть имеет полый кожух с патрубками для подачи в него охлаждающего воздуха и каналами для отвода этого воздуха из полого кожуха в подрешеточную часть камеры аппарата и/или в соединительный газоход, расположенный между топкой и подрешеточной частью камеры аппарата, а сама топка имеет с торца полый кожух, сообщенный с полым кожухом ее боковых стенок. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в тех топках, где к патрубкам первичного воздуха или непосредственно к горелочным устройствам подсоединены патрубки для подачи хлора к патрубкам воздуха на горение дополнительно подсоединены патрубки для подачи водородсодержащего продукта. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в тех топках, где к патрубкам воздуха на горение или непосредственно к горелочным устройствам подсоединены патрубки для подачи хлора, к горелочным устройствам подсоединены патрубки для подачи водородсодержащего продукта. 4. Аппарат по п.1 или 3, отличающийся тем, что при работе топок на жидком топливе с паровым распылом последнего к паровому штуцеру горелочного устройства подсоединены патрубки для подачи хлора и водородсодержащего продукта. 5. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что в камерах, в топки которых подают хлор, газораспределительная решетка и стенки, разделяющие подрешеточные части камер друг от друга, выполнены из стали 1Х18Н9Т или другой стали, стойкой к хлористому водороду в условиях работы этих камер аппарата.