Теплообменники с байпасной системой

21.6.1. Щелочи в цементе и добавках в бетон. В 1935 г. в США было установлено, что разрушение бетона возникает вследствие реакции между щелочами цемента и заполнителями, если заполнители содержат 0,25—5% вредных включений: хал­цедона, опала, тридимита, кристобалита, цеолитов, вулканиче­ского стекла, например обсидиана [243, 244, 7].

Максимальное допустимое содержание щелочных оксидов в цементе—0,6% в пересчете на Na20 (пересчет на Na20 произ­водится путем умножения концентрации КгО на коэффициент 0,659 и сложения с концентрацией Na20; молекулярная масса К20 = 94, Na20=62; 94-0,659 = 62).

21.6.2. Щелочи в процессе обжига. Циркуляция щелочей. В печах с суспензионными теплообменниками в процессе обжига в системе печи и соответственно в клинкере остается больше щелочных оксидов, чем в печах других систем. В ходе обжига щелочные оксиды из глинистых минералов сырьевой муки и из топлива переводятся в клинкер: КгО в количестве 0,6—2,2% и Na20 в количестве 0,1—0,7% [245].

При температуре выше 800° С щелочи в печи начинают воз­гоняться. В табл. 21.3 приведены точки плавления различных щелочных соединений [246].

Однако наиболее температуроустойчивая часть щелочей ос­тается в клинкере в составе следующих соединений: KC23SJ2, NC8A3, КС8Аз, K2S04, Na2S04.

Испарившиеся щелочи переходят в более холодные зоны пе­чи, где конденсируются на холодном материале; в печах с теп-

Таблица 21.3. Точки плавления щелочных соединений

Соединение

Соединение

Точка плавления, °С

Точка плавления, °С

КОН КС1

К2со3 K2S04

361 768 894 1074

NaOH NaCl Na2CC>3 Na2S04

319 801 850 884

Лообменниками это наблюдается уже на IV и III ступенях теп­лообменника. Особенно сильно конденсируется в подогревателе КгО—до 81—97%; Na20 конденсируется несколько слабее. Это означает, что от 3 до 19% щелочей удаляются из установки [247]. Следовательно, пыль, выносимая из теплообменника от­ходящими газами, содержит много щелочей и не может быть возвращена в печь.

Щелочной конденсат вместе с сырьевой смесью далее по­падает в зоны печи с высокой температурой, где снова испаряет­ся. При этом возникает так называемый внутренний кругообо­рот, или циркуляция щелочей, в отличие от так называемого внешнего щелочного кругооборота, возникающего в результате возврата в печь вместе с сырьевой мукой пыли, уловленной из отходящих газов и содержащей щелочи.

При отводе части отходящих от печи газов мимо теплообмен­ника, через так называемый байпасный клапан, расположенный в нижней части газохода IV ступени, в отдельный байпасный тракт можно снизить щелочной кругооборот и тем самым умень­шить содержание щелочей в клинкере К

Однако печная пыль с высокой концентрацией щелочей, от­водимая с помощью байпасной системы, не может быть возвра­щена в печь; она должна быть удалена или подвергнута выще­лачиванию [248].

В связи с необходимостью дополнительных затрат на уст­ройство байпасной системы и ее отрицательным влиянием на тепловую эффективность печи через байпасную систему отводят не более 25% объема печных газов. При объеме байпаса более 25% щелочность снижается относительно мало. В большинстве случаев объем байпаса 3—10% вполне достаточен. При работе печи с байпасной системой расход тепла повышается примерно на 4—5 ккал/кг клинкера на каждый процент объема отводимо­го газа. Увеличивается и расход электроэнергии — в среднем на 2 кВт-ч/т клинкера независимо от объема отводящего газа. Ко­
личество пыли, отводимое байпасной системой, равно примерно 1% массы сырьевой муки, загружаемой в подогреватель, на каждые 10% объема отводимого газа.

Температура байпасных газов у клапана составляет около 1100° С. Химические свойства щелочных соединений требуют разбавления байпасных газов холодным воздухом до достиже­ния температуры 475° С. Только при этой температуре можно начинать их охлаждение до 285° С с помощью распыления воды; такая температура допускается на входе в рукавный фильтр из стеклоткани.

Ритцман [252а] путем измерений на лабораторных моделях и действующих промышленных печах двух систем (10 печей «Леполь» и 16 печей с теплообменниками «Дополь») установил количество циркулирующих щелочей и SO2. Кроме того, экспе­риментальным и расчетным методами была определена скорость адсорбции и возгонки из сырьевой муки циркулирующих соеди­нений (Na20, К2О, SO3 и С1). На основе полученных данных названный автор разработал формулы для расчета циркуляции щелочей, хлора, серы, содержания SO3 в клинкере и S02 в не­очищенном газе и в пыли. Стало возможным изучить влияние этих факторов на надежность работы подогревателя.

21.6.3. Летучесть щелочей. В результате многочисленных эк­спериментов установлено следующее:

Степень возгонки щелочей возрастает с повышением темпе­ратуры в зоне спекания печи, а также с удлинением времени пребывания в ней материала;

Степень возгонки щелочей из сырьевой муки последователь­но уменьшается в ряду исходных минералов-носителей: иллит> >• слюда > ортоклаз;

При повышении концентрации SO3 в сырьевой муке и SO2 в отходящих газах летучесть щелочей и их циркуляция снижаются [249].

Наличие водяного пара в печных газах и особенно хлора в сырьевой му­ке и печных газах способствует повышению летучести щелочей. С этой целью добавку хлора в виде хлорида кальция можно вводить следующим образом:

В материал в сырьевой мельнице;

В сырьевую муку перед загрузкой в печь;

Впрыскиванием 30% — його раствора СаС12 под топливной форсункой с го­рячего конца печи;

Вместе со вторичным воздухом в виде пыли.

Впервые добавка хлорида кальция к сырьевой муке в целях снижения щелочности клинкера была осуществлена в США в 1937 г. Л. Т. Брауимил — лером на цементном заводе в Бирмингеме, штат Алабама [250].

21.6.4. Расчет циркуляции щелочей. Расчет щелочной цирку­ляции проводится по Веберу [247] исходя из предпосылки, что щелочность[31] сырьевой муки равна 1, а щелочность топлива — нулю.

Для расчета количества циркулирующих щелочей применя­ют следующую формулу:

Снижение щелочности клинкера находится по формуле

Здесь К—1 — количество циркулирующих щелочей; Є] — летучесть щелочей сырьевой муки; е2 — летучесть циркулирующих щелочей; V—объем байпаса в долях единицы плюс доля щелочей, не сконденсировавшихся в подогревате­ле; Л А — снижение щелочности клинкера.

Каждый щелочной компонент (К, Na) рассчитывают отдель­но, подставляя соответствующие величины и коэффициенты ле­тучести Єї И 82. Эти же формулы можно применять для расчета нещелочных компонентов, например концентрации серы и хло­рида.

Летучесть щелочей сырьевой муки єі можно определить ана­литическим путем, чего нельзя сделать для циркулирующих ще­лочей. Однако во всех случаях равно или превышает єь так как значение е2 связано с компонентами, которые уже улетучи­лись. Типичные значения коэффициентов летучести приведены 3 табл. 21.4.

Пример 21.1.А. Расчет снижения концентрации КгО для заданных і значений Єї =0,60, є2=0,90.

% байпаса

К-1

Дл, %

2

0,60-0,98

———- 1—- =4 98

1—0,90-0,98

0,02 4,98 — г-=9,9 0,98

5

0,60-0,95

3 93

1—0,90-0,95

„ 0,05 3,93-1— =20,4 0,95

10

0,60-0,90

—:——- 1—- =2,84

1-0,90-0,90

0.10

15

0,60-0,85

—:——- 1—- =2,17

1-0,90-0,85

2,17 -1— =38,1 0,85

20

0,60-0,80

—1—— 1—- =1,71

1-0,90-0,80

0,20 1,7 МО =42’7

25

0,60-0,75

1

1-0,90-0,75 ‘

0,25 1,38 —— =45,9 0,75

Теплообменники с байпасной системой

Пример 21 Л. Б. Расчет снижения концентрации Na20 для заданных значений Єї = 0,50, є2 = 0,80.

% байпаса

К-1

ДЛ, %

2

0,50-0,98

———— :—— =2 27

1-0,80-0,98

°.°2 , г-

2.27—■ =4,5

5

0,50-0,95 1-0,80-0,95

0,05 1,98—— =10,2 0,95

10

0,50-0,90

—:——- :—— =1,60

1-0,80-0,90

0,10 , 1,60-1—= 17,7 0,90

15

0,50-0,85

… 1 33 1—0,80-0,85

0,15 „ ‘■33М5=Й’4

20

0,50-0,80 j 1—0,80-0,80 ~~ ‘

0,20 1,11 —L— =27,7 0,80

25

°-50-0’75 -0,94 1-0,80-0,75

0,25 0,94 —— =31,3 0,75

Пример 21.1.В. Если принять, что клинкер без применения байпасной системы имеет содержание КгО=1,25% и Na20 = 0,32%, то при эксплуата­ции с байпасной системой получим следующую щелочность клинкера:

% Na20

1,25

1,25—(1,25-0,099)= 1,13 1,25—(1,25-0,204)= 1,00 1,25—(1,25-0,315)=0,86 1,25—(1,25-0,381)=0,78 1,25—(1,25-0,427)=0,72 1,25—(1,25-0,459)=0,68

0,32

0,32—(0,32-0,045)=0,31 0,32—(0,32-0,102)=0,29 0,32—(0,32-0,177)=0,26 0,32—(0,32-0,234)=0,24 0,32 — (0,32 • 0,277) =0,23 0,32—(0,32-0,313)=0,22

При отводе 25% газа достигается щелочность 0,68-0,659=0,45% по КгО. Если добавить 0,22% (содержание Na20), то получим полную щелоч­ность 0,67%^ этот результат на 0,07% превышает требования, предъявляемые к американскому низкощелочному цементу. Для повышения летучести ще-

Таблица 21.4. Коэффициенты летучести

Компоненты

Без добавки С1

El

С Добавкой CI

Е,

К20

0,4—0,6

0,6—0,8

0,9

Na20

0,35—0,5

0,5-0,6

0,8

S03

0,9

0,9

0,9

Cl2

1,0

1,0

Лочей сырьевой муки до значения Єі = 0,70—0,75 в сырьевую муку добавля­ют хлор в виде СаС12 (см. табл. 21.4). Определение требуемого количества СаС12 производится лабораторным путем. Добавка 0,25% С1 от массы сырь­евой муки повышает летучесть щелочей и снижает щелочность клинкера при­мерно на 0,2%. Повышение температуры в зоне спекания также приводит к росту значений Єї.

При экстраполяции соответствующих данных [252] установлено, что по­вышение температуры в зоне спекания от 1450 до 1500° С увеличивает зна-

21.6.5. Байпасные системы. На рис. 21.7—21.9 показаны различные байпасные системы для циклонных теплообмен­ников.

На рис. 21.7 изображена байпасная система теплооб­менника, в которой щелочная пыль из байпасного газа осаж­дается в отдельных циклонах, а обеспыленный газ смешива­ется с основным газовым пото­ком. Пыль с высоким содержа­нием щелочей удаляется или подвергается выщелачиванию.

На рис. 21.8 представлена другая система байпаса для теплообменника; здесь байпас­ный газ предварительно очи­щается в циклонах и подается к специальному электрофильт­ру для вторичной очистки. В этом случае основной поток отходящих газов более приго­ден для сушки сырья, чем в предыдущей установке.

На рис. 21.9 изображена третья байпасная система; байпасный газ подается непо­средственно в специальный обеспыливающий агрегат.

Выбор байпасной системы зависит от химического состава сырьевых материалов, а также от объема байпасных газов. Здесь следует упомянуть, что конденсация из печных газов на холодных поверхностях позволяет экстрагировать щелочи се­лективным путем [253]. Однако этот метод до настоящего вре­мени еще не получил практического применения.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *