Огневое обезвреживание шламов металлургических производств

С середины 70-х годов прошлого века в черной металлургии активно начали использоваться схемы оборотного водоснабжения. Техническая вода отстаивается в баках отстойника от масел и окалины и направляется вновь в систему технического водоснабжения. Отделенные в баках шламы имеют в различных отраслях промышленности самый разнообразный состав. На Верх-Исетском заводе состав шламов следующий: W^р= 80-85 %; А^р = 5-10 %; содержание горючих веществ Г^р = 10-15 %. Горючие - это масла состав которых в горючем состоянии можно принять приближенно равным Н^г = 10 %; С^г = 90 %. Теплота сгорания шламов такого состава крайне низка и не может обеспечить устойчивого горения. Шламы на Верх-Исетском заводе подвергают огневому обезвреживанию в циклонных топках (рис.7), сжигая в них дополнительно природный газ. Температура в циклонной топке поддерживается на уровне 1100-1300 ºС за счет сжигания в тангенциально расположенных горелках природного газа с расходом 400 м³/ч. Шлам с расходом 20 т/сут распыливается радиально расположенными механическими форсунками в циклонную топку. Продукты сгорания охлаждаются на выходе из топки до температуры 400 ºС за счет впрыска воды через форсунки. Продукты сгорания очищаются от мелкодисперсной окалины в пенном газопромывателе и покидают его при температуре 70 ºС. Для повышения температуры газов перед дымососом до 120 ºС к ним подмешивается раскаленные продукты сгорания, отобранные из топки.

Целью расчета является определение необходимого расхода природного газа для обеспечения требуемой температуры в топке и объема циклонной топки. Теплоту сгорания шлама Q_ш и энтальпию продуктов сгорания шлама I_ш при требуемой температуре в топке и сжигании с коэффициентом избытка воздуха ά = 1,3-1,5 рассчитывают по составу шлама, приведенному к рабочему состоянию. При известных значениях теплоты сгорания природного Q_г газа и энтальпии продуктов сгорания природного газа I_г ( при тех же t и ά ) долю природного газа на единицу расхода шлама x =B_г/B_ш рассчитывают по выражению

. (7)

Тепловая мощность топки при известном расходе шлама B_ш определится как

. (8)

Тепловые напряжения зеркала горения принимаются при огневом обезвреживании шламов в диапазоне q_v = 0,5-0,7 МВт/м³, тогда объем топки определяется как V = N/q_v.

На Синарском трубном заводе (г. Каменск-Уральский) была внедрена более прогрессивная схема утилизации шламов (рис. 8). Шламы с фильтр-пресса подаются во вращающуюся барабанную печь, высокая температура в которой поддерживается за счет сжигания природного газа в горелке, установленной на фронте печи. В печи выгорает масло и испаряется влага, окалина улавливается в инерционном пылеосадителе и направляется на грануляцию в тарельчатом грануляторе. Продукты сгорания охлаждают в котле–утилизаторе и направляют для очистки от мелкодисперсных примесей в скруббера Вентури. В данной схеме утилизации шламов кроме огневого обезвреживания дополнительно вырабатывается (в котле-утилизаторе) теплота и получают гранулы окалины, которые в дальнейшем отправляются на металлургические заводы.

На Ревдинском заводе обработки цветных металлов огневому обезвреживанию подвергаются шламы (рис. 9) с содержанием влаги W^р ~ 50 %. В циклонной топке 1 при температуре 1100-1200 ºС сжигают поверхностное масло (масло, собранное с поверхности баков отстойников). Часть продуктов сгорания направляется во вращающуюся барабанную печь 2, в которую противотоком к продуктам сгорания подаются шламы. За счет контакта с раскаленными продуктами происходит испарение влаги и масла. Пары масла, влаги и рециркулирующие продукты сгорания отсасываются воздушным эжектором 4 из барабанной печи и подаются вместе с подогретым воздухом через горелку в циклонную топку. Другая часть продуктов сгорания последовательно поступает в радиационный 5, а затем в рекуперативный 6 воздухоподогреватели (ВЗП). В радиационном ВЗП подогревают воздух, поступающий в горелки, в рекуперативном ВЗП подогревают воздух для системы воздушного отопления цеха. Требуемые температуры перед радиационным (700 ºС) и рекуперативным ВЗП (400 ºС) обеспечиваются за счет подмеса к продуктам сгорания холодного воздуха.

Рис. 7. Схема огневого обезвреживания шламов на Верх-Исетском заводе:

1 – циклонная топка; 2 – газовые горелки; 3 – форсунки для распыливания шламов;

4 – пережим; 5 – форсунки для распыливания воды; 6 – бункер для сбора шлака; 7 – газоход; 8 – пенный газопромыватель; 9 – регулирующий шибер; 10 – каплеуловитель; 11 – дымосос; 12 – линия подмеса раскаленных продуктов сгорания

Рис. 8. Схема огневого обезвреживания шламов на Синарском трубном заводе:

1 – фильтр-пресс; 2 – барабанная печь; 3 – горелка; 4 – инерционный пылеуловитель;

5 – тарельчатый гранулятор; 6 – котел-утилизатор; 7 – скруббер; 8 – дымосос

Рис. 9. Схема огневого обезвреживания шламов на Ревдинском заводе ОЦМ:

1 - топка; 2 – барабанная печь; 3 – горелки для сжигания поверхностного масла;

4 – эжектор; 5 – радиационный воздухоподогреватель; 6 – рекуперативный воздухоподогреватель; 7 – вентилятор; 8 – дымосос

Глава 2. Утилизация высокотемпературных тепловых отходов