Устройство для сжигания фосфорного шлама Советский патент 1983 года по МПК F23G5/00 

Изобретение относится к печам химической промышленности, в частности к печам по переработке фосфорсодержащих шламов - отходов фосфорного производства. Известны однокамерные печи для сжигания фосфорных шламо, представляющие собой цилиндроконйческую камеру с узлом подачи исходного продукта, воздухоэаборными фурмами для подачи воздуха, необходимого для горения, патрубаами для отвода продуктов сгорания, содержащих фосфорный ангидрид, и расплавленного шлака.фос форный шлам подается через разли;вную трубу в верхнияо часть печи, растёкается по стенкам, восплаыменяется н го рит. Воздух иа горение поступает из атмосферы через воздухозаборные фурмы- за счет раэрежения в печи. Продукты сгорания, содержащие фосфорный ангидрид, по газоходу, подклю ченному к отсасывающему вентилятору направляются на конденсацию в.башню гидратации 1 . Однако 3ta печь имеет низкую эффективность работы из-за недостаточного времени пребывания частиц фосфора в реакционном объеме, в результате чего целевая реакция процесса окисления сопровождается интен сивньм образованием нежелательных окислов низшего порядка. Кроме того узел загрузки, ВЕШолненный в виде разливной трубы, не обеспечивает рас пыл фосфорного иШсМа, и при подаче в печь неравнеядерного по составу шла ма отдельные крупные части рд фосфора не успевают выгорать и попадают в кислоту, что категорически запрещено не только из-за пригодности кислоты, но и с точки зрения техники безопасности. Получаемая кислота практически не находит применения в народном хозяйстве. Известна также двухкамерная печь для сжигания фосфорных шламов, содержащая футерованные камеры сжигаиия и дожигания, вертикальные оси которых перпендикулярны друг другу, зел загрузки в виде разливной трубы воэдухозаборные форки для подачи воз духа, необходимого для горения, патрубки для отвода продуктов сгорания., содержащих фосфорный ангидрид, и расплавленного шлака.. Работает эта печь ангшогично указанной однокамерной печи 23 . В данной конструкции за счет наличия второй камеры время пребывания частиц фосфора |1есколько увеличивает ся, но нужное качество конечного П1 одукта не обеспечивается, так как Чсодержаяве окислов низшего порядка , велико. Крепче тогЬ данная, ко струкция ссщержит все пбречясленные недостатки сдЕ1,нокамед ной печи.; Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является устройство для сжигания фосфорного шлама, содержащее камеры сжигания и дожигания, соединенные между собой пережимным патрубком, узел подачи исходного гчлам4 с распьшнвающим устройством, горелочные устрюйства, отводящий патрубок продуктов сгорания и патрубок для отвода твердой минеральной части з . Камеры расположены перпендикулярно друг другу, а пережимной патрубок размещен на одной оси с камерой дожигания и отводящим патрубком продуктов сгорания. Ограничивается производительность печи из-за низкого качества йолучаемого целевого продукта, поскольку вертикальные оси камвЕчл сжигания и.дожигания расположены перпенди улярно друг другу, а пережимной патрубок, камера дожигания и отводящий патрубок продуктов сгорания, содержащих фосфорный ангидрид, расположены на одной оси, рабочий поток движется прямолинейно на проход по самсилу короткому пути с наименьшим временем контакта частвд фосфора с раскаленным окислителем, в результате чего не прореагировав1айе частйщл попадаютв целевой продукт, ухудшая его качество. Чтобы не допускать получения некондиционного ц левого продукта, .скорость движения рабочего потока, а следоватё но, и производительность устрой ства приходится строго ограничивать. Кроме того, патрубки для отвода твердой минеральной части в виде расплавленного шлака, имеюс ий цилиндрическую , не обеспечивает бео перебойное удаление шпака. Имеет место зарастание вьвсодноро отверстия расплавленньм шлаком, что приводит к останову печи для чистки патрубда и, как следствие, к снижению производительности печи. Цел изобретения - интенсификация работа устройства за счет увеличения допустимых скоростей рабочего потока и повБииение качества целевогч) продукта за счет увеличения времени пребывания продуктов сгорання в ВЫСОКОУОт шературных условиях камер. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для сжигания фосфорного шлама, содержащем каме1 а сжигания и дожигания, соединенные меязду собой пережимным патрубК1 1, узел подачи исходного шлама с распнли&агасфоц устройством, горелочные устройстваг отводящий патрубок продуктов схторания и патрубок для отвода твердой минергшьной части, камеры сжигания и дожигания установлены вертикально и параллельно друг другу, а ось пе ежимного патрубка расположёна на расстоянии I 0,85-0,95)dn от осей камер , и по высоте на расстоянии ( 5,4-5,8)(in от оси отводящего патрубка, где dtt диаметр пережимного патрубка, а патрубки для отвода твердой минеральной части выполнены ступенчатыми с внутренним выступом, равн№1 0,25-0,55 тол щины футеровки. Вертикальное расположение камер сжигания и дожигания создаёт возможность закручивания рабочего потока, при этом движение его осуществляется по спирали, а не прямолинейно, как это имело место при перпендикулярном расположении осей камер. В реэул тате этого увеличивается путь npoxoji eиия частиц фосфора и время контакта фосфора с раскаленным окислителем, что создает наиболее благоприг ятные условия протекания целевой реакции процесса окисления фосфора, сво дя до минимума образование нежелатель ных окислов низшего порядка, содержание которых в товарной продукции определяет ее качество и пригодность применения в народном хозяйстве. Кроме того, в предлагаемся устройстве допускается увеличение скорости рабочей среды, а следовательно, и производительности в 2-2,5 раза по . сравнению с известным не ухудшая при этом качества получаемой кислоты. Ось пережимного патрубка расположена на расстоянии lO,85-0,95)Jn от

Таблица горизонтальных осей камер печи, где dlit- диаметр пережяг ного патрубка. ЭтсЗ обеспечивает тангенсиальный вход в пёрежимной патрубок и тангенциальный выхдд из него рабочей среды, что способствует большему закручиванию рабочего потока, при этом удлиняется путь прохождения .частиц фосфора в реакционном объеме и увеличивается время контакта частиц фосфора с раскапенйьол окислителем, тем самым интенсифицируется процесс за счет уве Личения допустимых скоростей рабочего потока и улучшается качество целевого продукта. Изменение этого р,азмёра в сторону уменьшения или увеличейия нарушает плавный тангенциальШ1Й вход и выход потока по касательной, нарушая его аэродинамику, увеличивая местные сопротивления и сниная закручивание потока. При этом (Уменьшается время пребывания частиц фосфора в реакционном объеме, а следователь но, уменьшается и время кон,такта частиц фосфора с раскаленным окислителем, что приводит к ухудше.нию качества целевого продукта и снижёнию допустимых скоростей рабочего потока. В табл.1 приведены результаты (Лабораторных испытаний, проведенные на известие и предлагаемом устройстве.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ФОСФОРНОГО ШЛАМА, содержащее камеры сжигания и дожигания/.соединенные между собой пережнмтш патрубком, узел подачи исходного шлама,с распыливакщим устройством, горелочныё устройства, отводящий патрубок продуктов сгорания и патрубок для отвода твердой минеральной части, отличающееся тем, что, с целью интенсификации работы устройства и повышения качества целевого продукта, камеры сжигания и дожигания установлены вертикально и параллельно друг другу, а ось пережимного патрубка расположена на расстоянии,

Гори 3 онт апь ная ось пережимного патрубка находится на одной оси с камерами

ое

Горизонтальная ось пережимного патрубка находится на расстоянии А от осей камер ,7dn

,8dn

0,0126

0,73 0,0142 1,02

0,38

6,3

0,004 5,5

0,4

0,006 4,9

0,45

0,0075

0,35 6,3

0,004

0,38 5,5

0,006

0,42 4,9

0,0075

Как видно из табл.1, кислота лучшего качества с содержанием фосфора в ней - следы и остаточных низших окислов в пересчете на 0,3% {позиция 3,4,5) получается при расстоянии, горизонтальной оси пережимного патрубка от осей камер в пределах (0,85-0,95)dn создающем воз 4ожность увеличения скорости до 14,5 м/с и необходимого времени пребывания 5,5 с без ухудшения качесва кислоты...

При расстоянии горизонтальной оси пережимного патрубка от Асей камер 0, 8dV (позиция 2) содержание фосфора в кислоте 0,004 - 0,006% и остаточных низших окислов 0,35-0,38% при скорости рабочего потока 14,5 м/с и времени пребывания 5,5 с/увеличение скорости потока до 18,2 м/с сокращает время контакта частиц фосфора с раскаленным окислителем до 4,9 с и еще болвгие снижает качество кислоты (содержание фосфора в кислоте 0,075%. содержание низших окислов в пересчете на HjPOj 0,42%). Аналогичные результаты наблюдаются при

Продолжение табр. 1увеличении расстояния горизонтальной оси пережимного патрубка от Ьсей камер до l, (позиция 6) . ,

Ось перелимного патрубка располо;яена по высоте до оси отводящего патрубка каме1Ж дожигания на расстоянии {5,4-5,8)drt;где dn - диаметр пережимного патрубка. Этим изменяется путь рабочего потока и обеспечивается необходимое время пребывания части фосфора в реакционном объеме до 6,6-7,2 с..

Изменение этого соотнсядения в сторону уменьшения не обеспечивает необходимого времени прейавания рабочего потока в реакционном объеме, что приводит к ухудаению качества целевого продукта, Изиенение этого Соотнсииения в сторону, увеличения нецелесообразно, так как приводит к увеличению неоправданных затрат на строительЬтво устройства, не улучния при этом качества конечного продукта.

Втабл.2 приведены результаты испытаний, проведенные на предлагаемом устройства. :

Расстояние по клсоте от ГОЕ зонте льной- оси пережнмного патрубка до отводного патрубка В

Как видно из табл.2, кислота луч;шего качества при отсутствии фосфора в ней и остаточном содержании низших окислов в пересчете на 1ЦРО, равным 0,2-0,175%, что соответствует кислоте первого сорта (по ГОСТу 10678-76 нормированное содержание низших окислов в пересчете на 0/2%), получается при расстояниях по высоте от горизонтальной оси пережимного патрубка до отводя1 |его пат рубка, равных (5,4-5,8)dn. При расстоянии, равном 5,2 , остаточное содержание низших окислов получается О,25%,.что выходит за пределы норма для кислоты первого сорта. .

Расположение отводящего патрубка по высоте на расстоянии 6dn от горизонтальной оси пережимного патруб:ка нецелесообразно экономически, так как дальнейшее -уменьшение. содержания низших окислов не требуется, ака питсшьнае затраты возрастают.

Футерованный патрубок для отвода твердой минеральной части, выполненный ступенчатым с внутренним выступом, равным 0,25-0,55 толщины футе ровки, обеспечивает траекторию полет удаляекых частиц твердой минеральной части, которая позволяет удаляемым частицам твердой минеральной части проваливаться в выходное отверстие, не касаясь стенок патруОка, что обеспечивает работу печи без остановок на чистку паврубка, увеличивает рабочее время печи, а следовательно, и ееПроизводительность.

Та6лица2

При внутреннем.выступе меньше 0,25 толщины футеровки удаляекие частицы будут налипать на стенках выходного патрубка, затрудняя удале ние шпака, что приводит к вынужденной чистке патрубка, связанной с остановкой печи, и, следствие, к снижению производительности .

Увеличение внутреннего выступа больше 0,55 толкины футеровки нецелесообразно, так как это приводит к неопргшданнсму увеличению диаметра выходного патрубка.

На фиг.1 представлена печь для сжигания фосфорного шлама, разрез; на фиг.2 - стечение А-А на фиг,1.

Печь .для сжигания фосфорного юпсш содержит футерованные цршиндрот конические камеру 1 сжигания и камеру 2 дожигания, вертикальные,оси ко topoK параллелыга. В крышке 3 каметрал 1 сгорания разн |11ен узел подачи исходного сырья с распыливакхтщм устройством 4 и завихрителем 5 воздуха. В верхней части камеры сжига ния установлены тангенциально в два ряда по кясоте горелочные устройства 6. Камеры сжигания и дожигания соединены между собой пережимным патрубком 7, ось .которого расположена на расстоянии (О,85-0,95)dn от осей камер печи, где dh - диаметр пережимного патрубка. В нижней конической части камеры 1 сжигания и камеры 2 дожигания расположены футерованные патрубки 8 для отвода минеральной твердой фазы в виде расплавленного шлака, выполненные ступе нчатыми с внутренним выступом9, равным (Ъ, 25-0,55 }i тотпцины футеровки. 6 верхней .части кгшеры 2 дожи гания на расстоянии (5,4-5,8|с) Зп- диаметр пережимного патрубка, от реи пережимного па рувка 7 распог ложен футерованный отводящий патруQpK 10 продуктов сгорания, содержащих фосфорный ангидрид.

Печь для сжигания, фосфорного ьшама работает следующим образом.

Фосфорсодержащий шлам через узел подами исходного сырья с { аспыливаяищим устройством 4, расположенздм в крышве 3 кгихеры 1 сжигания, 8 расплавленном, виде поступает в камеру 1 сжигания. &ОЗДУХ на горейие фосфора подается в камеру. сжигания через аавихритель S воздуха. Установлен atte в верхней части камеры 1 сяягания горелочные устройства 6 обеспечив от поддержание заданной температуры в хитучае подачи фосфорного шлама с поиижениым содержанием фосфора который ие мсикет гореть самостоятельно. В процессе окяспеиия фосфорного nuiaiwa в камере сжигания образуются продукты сгсфания, содержгиоие фосфсфный ангидрид и ииз11ше окисю фосфора. Твердые минеральные части, наход«ф1еся Л пщаме, плавятся и «прерывно удаляются нэ печи через футерованный отводящий патрубок 8 f вЕшолненный ступёнчатшч.с внутт ренним выступом 9,.равным (0,25-0,5$ толщины футеровки, не с м1рикасаясь пря со стеиками патрубка, прелохраяяя его тем Самым от забивания

Продукты сггорания, содержащие фосфорный ангидрид и низшие окислы фосфора, из камеры 1 сжигания по переяммному патрубку 7 поступают закрученным потоком в нижнюю часть камеры 2 дожигания. Далее закрученный поток продуктов сгорания по спирали поднимаете вверх к выходн 4у патрубку 10, расположенному на расстоянии ,4-5,8)А, - диаметр переjKUMHoro патрубка. При такой компанов|ке становится возможным увеличение Скорост рабочего потока, обеспечив ё тся наибольший контакт непрОреагировавших до конца частиц фосфора с раскаленшФ4 окислителем, увеличивается время для протекания целевой р| акции, по которой получается фосфорг ный ангидрид С минимальтлм содержа нием недрокиСленного фосфора и ; «их окислрв : ;:;::;;.:,.., .. : .: :;:- .

Полученный фосфорный ангидридчерез от1а1одящий патр1$ бОк 10 направляется в бсшню гидратациИ для конденсации С получением фосфорной кисло ы..

Конструкция печи позволяет получит фосфорную кислоту 1 сорта за счет: снижения срдержания низших окислов в целевое продукте в 4-5 раз и гарантие рованиогР Отсутствия элементарного ФосфосФОра, повысить праизврдительность печи в :ава разаза счет создания возможности увеличения скорости рабочего потока и времени пребывания продукто1В сгорания в реакциойиом объеме с получением кондиционного цопеврго продукта, а акже исключить простои печи на чистку патрубка для отвода тйёрдой минеральной части.