МНОГОКАМЕРНАЯ ПЕЧЬ КИПЯЩЕГО СЛОЯ ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ КАРНАЛЛИТА Российский патент 2001 года по МПК F27B15/00 

Изобретение относится к многокамерным печам кипящего слоя для обезвоживания хлормагниевого сырья в кипящем слое и может использоваться в металлургической и химической промышленности, когда процесс дегидратации материалов сопровождается гидролизом или другими побочными процессами. Данное изобретение может быть использовано в производстве магния на переделе подготовки хлормагниевого сырья к электролизу, когда электролитический хлор полностью или частично утилизируется в топках печей с образованием хлористого водорода, наличие которого в теплоносителе снижает гидролиз хлористого магния.

Из способа обезвоживания хлористых солей, например карналлита (заявка N 98110604), известен многокамерный аппарат с подачей определенного количества хлора в топку каждой камеры. В данном способе оговариваются режимные параметры процесса и полностью отсутствуют сведения о его аппаратурном оформлении.

Известен многокамерный аппарат для обезвоживания хлормагниевого сырья в кипящем слое (патент N 2095709) с подачей электролитического хлора в топки печи.

Однако технической задачей конструктивных решений в этом аппарате являлось увеличение срока службы печи кипящего слоя за счет повышения коррозионной стойкости отдельных элементов печи, что достигается за счет создания двойного корпуса топок и нижней части печи с поддувом подогреваемого воздуха между стенок корпусов и использования специального сорта стали. При этом обезвоженный карналлит, получаемый в печи кипящего слоя при конечной температуре 290-310^oC, содержит 0,5% MgO и 0,5% H₂O. Загрузка такого карналлита в твердом виде в электролизеры определяет срок службы последних равным 10 месяцам, что не удовлетворяет требованиям электролиза. Для того чтобы получить глубокообезвоженный карналлит, удовлетворяющий требованиям электролиза (срок службы электролизера не менее 3 лет), необходимо поддерживать режим обезвоживания, оговоренный в заявке N 98110604/02.

Имеется способ обезвоживания карналлита и установка для его осуществления, изобретение 96106379/25(43) 27.07.98. По этому способу обезвоживание осуществляется в двух или трех печах кипящего слоя. Все печи объединены в комплекс сложной транспортной системой, включающей бункера и разгрузочно-загрузочные устройства. Работа такой установки в едином технологическом режиме должна обеспечиваться сложной системой управления. Строительство такой установки требует больших капитальных затрат. Отмечается, что каждая камера или печь имеет одну топку. По этому способу возможно получение качественного глубокообезвоженного карналлита с содержанием MgO и H₂O не менее 0,2% каждого.

Общим недостатком перечисленных выше конструкций является то, что при подаче хлора в топки печей хлор и водородсодержащий продукт подаются только в горелочное устройство. В этом варианте, когда не хватает водорода топлива для связывания всего хлора, подается водородсодержащий продукт, например пары воды.

Было установлено, что наличие паров воды в теплоносителе (2 об.%), содержащем хлористый водород, резко тормозит коррозию стальных конструктивных элементов печи КС и увеличивает ее срок службы. Однако подача в горелки всего необходимого количества пара для обеспечения заданного содержания пара в теплоносителе приведет к снижению температуры факела и снижению степени сжигания хлора в хлористый водород. Более рационально подавать в горелку только часть паров воды из расчета только на связывание хлора, а остальное количество подавать в газоход, соединяющий газораспределительную камеру печи с топкой.

Технической задачей настоящего изобретения является создание многокамерного аппарата кипящего слоя непрерывного действия для обезвоживания хлормагниевого сырья, например карналлита, позволяющего получить глубокообезвоженный карналлит, удовлетворяющий требованиям электролиза, за счет подачи оптимального количества хлора в каждую топку печи КС, дозированного количества пара в газораспределительные камеры печи КС, оптимального распределения тепловой нагрузки по камерам печи КС за счет того, что площадь сечения выходных отверстий колпачков газораспределительной подины меняется от камеры к камере в зависимости от изменения скорости теплоносителя в кипящем слое материала.

Это достигается тем, что для обезвоживания карналлита используется многокамерная печь кипящего слоя, содержащая корпус с колпачковой газораспределительной подиной, разделяющей ее на теплоизолированную надрешеточную и футерованную подрешеточную части, перегородки между камерами, имеющие в надрешеточном пространстве сливные отверстия, а также перегородки в надрешеточном пространстве каждой камеры, разделяющие ее на секции и имеющие регулируемые по площади переточные отверстия, расположенные у подины таким образом, чтобы обеспечить зигзагообразный ход материала, пылеулавливающие циклоны, соединенные газоходами с камерами, выносные топки, соединенные футерованными газоходами с подрешеточным пространством камер и имеющим футерованную камеру горения и камеру смешения, горелочное устройство и патрубки для подвода топлива, воздуха на горение и 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 также патрубки для подвода хлора и пара. При этом последняя камера печи кипящего слоя отделена от предыдущей камеры сплошной перегородкой в надслоевом пространстве, доходящей до свода печи. Перегородка имеет только одно сливное отверстие для перетока материала. Это обеспечивает поступление отходящих газов последней камеры в отдельный циклон и возврат уловленной пыли в последнюю камеру или готовый продукт. Такая пыль, в отличие от пыли предыдущих камер, имеет низкое содержание MgO и H₂O и смешение ее с глубокообезвоженным карналлитом, выгружаемым из кипящего слоя, позволяет получить качественный продукт, удовлетворяющий требованиям электролиза - содержание MgO и H₂O менее 0,3% каждого.

Было установлено, что качественный глубокообезвоженный карналлит может быть получен при различных расходах хлора на тонну продукта. При этом распределение хлора по топкам печи зависит от заданного удельного расхода хлора. Следовательно, распределяя хлор по топкам в зависимости от его исходного количества, можно получить продукт наилучшего качества. Это решается применением системы распределения хлора по топкам печи путем использования известных дозирующих устройств и систем управления.

Известно, что за счет обезвоживания карналлита и его истирания в кипящем слое происходит уменьшение размеров частиц карналлита. Поэтому для сохранения заданного пылеуноса в каждой последующей камере печи скорость движения теплоносителя должна быть меньше. В то же время стабильность кипящего слоя зависит от сопротивления газораспределительной решетки, т.е. свободного сечения отверстий колпачков. Было установлено, что это сечение должно быть в пределах 2-5% от площади решетки. Для того чтобы многокамерная печь работала стабильно, сопротивление решеток во всех камерах должно быть одинаково. Это условие будет обеспечено, если свободное сечение отверстий колпачков в каждой камере определять по формуле
,
где S₁ - суммарная площадь сечения выходных отверстий колпачков в 1-й камере;
S_1+n - суммарная площадь сечения колпачков в (n+1) камере.

W₁ - скорость теплоносителя в слое 1-й камеры;
W_1+n - скорость теплоносителя в слое (n+1) камеры,
n - равно 1, 2, 3 и т.д.

при этом суммарная площадь сечения колпачков в 1-й камере находится в пределах 2-5% от площади газораспределительной подины этой камеры. В последней камере печи КС затраты тепла на нагрев и дегидратацию карналлита меньше, чем в предыдущих камерах. Однако скорость теплоносителя должна быть ниже, чем в предыдущих камерах, т.к. в процессе обезвоживания в кипящем слое материал истирается и пылеунос увеличивается. Опыт работы печей КС показал, что для того, чтобы подвести в слой необходимое количество тепла при минимальном пылеуносе, площадь газораспределительной подины не должна превышать 15% от общей площади газораспределительной подины печи КС.

Из опыта работы печей КС известно, что в двух последних камерах печи КС идет дегидратация двухводного карналлита (KClMgCl₂ 2H₂O).

На этот процесс затрачивается почти половина всего подводимого к печи тепла, поэтому площадь газораспределительной подины последней камеры двух последних камер должна быть не более 50% от площади газораспределительной подины всей печи.

Таким образом, предложенная многокамерная печь КС в полной мере обеспечивает решение поставленной технической задачи: создание многокамерного аппарата кипящего слоя непрерывного действия для обезвоживания хлормагниевого сырья, например карналлита, позволяющего получить глубокообезвоженный карналлит, удовлетворяющий требованиям электролиза, за счет подачи оптимального количества хлора в каждую топку печи КС, дозированного количества пара в газораспределительные камеры печи КС, оптимального распределения тепловой нагрузки по камерам печи КС, отделения пыли, улавливаемой в последней камере, а также за счет того, что площади сечения входных отверстий колпачков газораспределительной подины меняются от камеры к камере в зависимости от изменения скорости теплоносителя в кипящем слое материала.

На фиг. 1 и 2 схематично изображена печь кипящего слоя в продольном и горизонтальном разрезах. На фиг. 3 представлен поперечный разрез печи.

Печь состоит из стального кожуха 5. Кожух разделен на камеры печи вертикальными перегородками 7, причем перегородка, отделяющая последнюю камеру, доходит до свода печи 8. Перегородки 7 не доходят до свода печи, образуя единое подсводовое пространство первых камер печи.

Газораспределительная решетка 3 делит кожух печи на надрешеточную часть и подрешеточную часть, называемую газораспределительными камерами 1, сообщающимися газоходами 9 с топками 11. Надрешеточное пространство во всех камерах печи соединено газоходами с циклонами 6. В первой камере печи имеется загрузочное устройство, в последней камере - разгрузочное.

В стенках камер печи имеются сливные отверстия 15, а в перегородках секций камер у подины печи сделаны переточные отверстия 16 у подины печи.

В газораспределительной решетке установлены беспровальные колпачки 2.

Топливо, воздух на горение и хлор подаются в горелочные устройства 12 топок. Водяной пар и воздух охлаждения подаются в газоход 9 через штуцер 10. Распределение хлора и пара между топками печи осуществляется дозирующими устройствами 14 и 13. Карналлит из камеры в камеру перемещается через сливные отверстия 15.

Печь работает следующим образом. Шестиводный карналлит через загрузочное устройство поступает в первую камеру печи на поверхность кипящего слоя. Высота слоя в камерах определяется высотой расположения над решеткой 3 сливных отверстий 15. Теплоноситель из выносных топок 11 подается в газораспределительные камеры 1 и через решетку и колпачки поступает в слой обезвоживаемого карналлита.

Содержание хлористого водорода в каждой камере печи задается дозирующим устройством 14, распределяющим подачу хлора между всеми топками печи. Если содержание паров воды в продуктах горения, поступающих из топки, менее 2 об. %, дозирующим устройством 13 подается пар в патрубок 10 так, чтобы содержание пара в теплоносителе в газораспределительной камере было 2 об.%. При таком содержании пара снижается коррозионное воздействие HCl на металлические конструкции печи.

В первой камере печи при нагреве карналлита до 135-140^oC последний подсушивается и частично обезвоживается. Хлористый водород, содержащийся в теплоносителе, препятствует гидролизу хлористого магния.

Из первой камеры через сливное отверстие 15 подсушенный продукт поступает во вторую камеру и обезвоживается в потоке теплоносителя, содержащего HCl больше, чем в теплоносителе первой камеры. При нагреве до 180-190^oC идет обезвоживание с образованием безводного и частично двухводного карналлита. Затем карналлит через сливное отверстие 15 поступает в следующую камеру, где продолжается обезвоживание за счет нагрева до большей температуры, чем в предыдущей камере, и так далее. Число камер может быть 4 и более. В последней камере при температуре 310-340^oC заканчивается обезвоживание карналлита. При этом в последних камерах возможно хлорирование образовавшегося оксихлорида и оксида магния хлористым водородом из теплоносителя.

Последняя камера имеет индивидуальную систему пылеулавливания, и ее подсводовое пространство не сообщается с предыдущей камерой, в циклон последней камеры попадает только пыль с газами из этой камеры, и пыль содержит малые количества воды или гидрооксихлорида. Уловленная пыль возвращается в слой последней камеры или непосредственно подается в глубокообезвоженный карналлит, выгружаемый из печи. Уловленная пыль предыдущих камер возвращается в эту же камеру или последующую по ходу обезвоживаемого продукта.

В топках печи может сжигаться газообразное и жидкое топливо. Благодаря большему содержанию водорода в газообразном топливе при одинаковом количестве сжигаемого хлора при работе на газе нужно меньше подавать пара в газоходы топок 9. Такая конструкция печи позволяет получать глубокообезвоженный карналлит с заданным содержанием MgO и H₂O при минимальном удельном расходе хлора и непрерывном режиме работы. Содержание MgO и H₂O может быть получено не более 0,3% каждого.

Использование: изобретение относится к многокамерным печам кипящего слоя для обезвоживания хлормагниевого сырья в кипящем слое и может использоваться в металлургической и химической промышленности, когда процесс дегидратации материалов сопровождается гидролизом или другими побочными процессами. Сущность изобретения: многокамерная печь кипящего слоя для обезвоживания карналлита содержит корпус с колпачковой газораспределительной подиной, разделяющей ее на теплоизолированную надрешеточную и футерованную подрешеточную части, перегородки между камерами, имеющими в надрешеточном пространстве сливные отверстия, а также перегородки в надрешеточном пространстве каждой камеры, разделяющие ее на секции и имеющие регулируемые по площади переточные отверстия, расположенные у подины таким образом, чтобы обеспечить зигзагообразный ход материала. В верхней части печь имеет пылеулавливающие циклоны, соединенные газоходами с камерами, выносные топки печи соединены футерованными газоходами с подрешеточным пространством камер и имеют футерованные камеру горения и камеру смешения, горелочное устройство и патрубки для подвода топлива, воздуха на горение и воздуха на охлаждение топочных газов, причем последние патрубки сначала подведены к сообщающимся с камерой горения или камерой смешения полостям двойных боковых кожухов топки и газохода. При этом последняя камера печи имеет автономную систему пылеулавливания и отделена от предыдущих камер стенкой, имеющей только сливное отверстие для перетока материала из предыдущей камеры. Трубопроводы с хлором и паром через дозирующие и распределяющие устройства подведены к каждой топке, а к каждой газораспределительной камере печи может быть подсоединена одна или несколько топок. Суммарная площадь сечения выходных отверстий колпачков газораспределительной подины каждой камеры определяется по формуле в зависимости от скорости теплоносителя в слое и площади газораспределительной подины каждой камеры. Площадь газораспределительной подины последней камеры печи составляет не более 15% от площади всей газораспределительной подины, а суммарная площадь газораспределительной подины двух последних камер печи не превышает 50%. Изобретение обеспечивает получение глубокообезвоженного карналлита, пригодного для загрузки в электролизеры в твердом виде. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Многокамерная печь кипящего слоя для обезвоживания карналлита, содержащая корпус с колпачковой газораспределительной подиной, разделяющей ее на теплоизолированную надрешеточную и футерованную подрешеточные части, перегородки между камерами, имеющими в надрешеточном пространстве сливные отверстия, а также перегородки в надрешеточном пространстве каждой камеры, разделяющие ее на секции и имеющие регулируемые по площади переточные отверстия, расположенные у подины таким образом, чтобы обеспечить зигзагообразный ход материала, пылеулавливающие циклоны, соединенные газоходами с камерами, выносные топки, соединенные футерованными газоходами с подрешеточным пространством камер и имеющие футерованную камеру горения и камеру смешения, горелочное устройство и патрубки для подвода топлива, воздуха на горение и 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 также патрубки для подвода хлора и пара, отличающаяся тем, что последняя камера печи имеет автономную систему пылеулавливания и отделена от предыдущих камер стенкой, имеющей только сливное отверстие для перетока обезвоживаемого материала, а трубопроводы для хлора и пара подведены к каждой топке. 2. Многокамерная печь кипящего слоя по п.1, отличающаяся тем, что трубопроводы с паром подключены к каждому газоходу, соединяющему топку с газораспределительной камерой печи через дозирующее устройство. 3. Многокамерная печь кипящего слоя по п.1, отличающаяся тем, что трубопроводы для хлора подсоединены к топкам через распределяющее устройство. 4. Многокамерная печь кипящего слоя по п.1, отличающаяся тем, что суммарную площадь сечения выходных отверстий колпачков газораспределительной подины каждой камеры определяется формулой

где S₁ - суммарная площадь сечения выходных отверстий колпачков в 1-й камере;
S_1+n - суммарная площадь сечения колпачков в (n+1) камере;
W₁ - скорость теплоносителя в слое 1-й камеры;
W_1+n - скорость теплоносителя в слое (n+1) камеры;
n - равно 1, 2, 3 и т.д.

при этом суммарная площадь сечения колпачков в 1-й камере находится в пределах 2-5% от площади газораспределительной подины этой камеры.