автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Разработка мероприятий интенсивного энергосбережения в системем формингования шлаков свинцовой плавки

,1 п о • .1 ;/ !

МОСКОВСКИ ордена ЛЕНИНА а ордена ОКТЯБРЬСКОЙ РЕЗСЙЮЦШ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукоакоа

дихашмэ баяшш кбрапиовлч

разработка жршрш1й ШЕ1СИВДОГО ЭНЕРГОСУЕРКИЗШ В сктие ФЬШКНГОВИШ ШКОВ СРШИрЗОЙ ПЛАВКИ

Специальность 05.Г4.04 - ГТромшленяш! мплоэперготяка

/Н

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата твгкачеоганс наук

.а;сгл -

1391 г.

Работа кшоднена на кафедр© Энергетики высокотемпературной технологам Московского энергетического института

Научннй руководитель: заслуженный деятель науки и техники РС4СР, доктор технических наук, профессор А.Д. КЛШНИКОВ

Официальные оппоненты: заслуяеяшй деятель науки и техники Каз.ССР, доктор технических наук, профессор И.Р.ШШЯЖШ

кандидат технических наук, заведующая сектором П.А.КОНГАН

Ведущее ггредпрмгяе: Усть-Каменогорский ордена Ленина и

ордена Октябрьской Ре вел шли свинцово-цинковнй комбинат им. В. И. Лен ива

Защита диссертации состоится " 2? " иим<Я_ 1991 г.

в аудитор ид Г-У {О в Ю час. ОО шн. на заседании специализированного Совета Д.053.16.12 в Московском ордена Ленина а ордена Октябрьской Революция энергетическом институте.

Отэывн в двух экземплярах, заверенные печатью, просим присылать по адресу: 105835, ГСП, Москва, В-250, Красноказарменная ул., д. 14, Совет МЭИ.'

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " 2? " _1991 г.

Учешй секретарь /

специализированного Совета / у

к.т.н. доцент ,• V /^"'В.Д.ПОРТЕОВ

ОБЩИ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

■ Актуальность проблемы. Еахизйпшм направлением в обеспечения роста экономики является планомерное проведение энергосберегающс-.Т политики з народном хозяйстве яа основе научно-технического прогресса.

По уровни потребления энергия в цветной металлургии цинк занимает третье место после алюминия а меди. Основная часть цинка шрабатывается путем обогащения и переработки полиметаллических медно-свянцово-циякозцх, иедно-цинковых а свинцово-цинковых руд. Значительным резервом дополнительного извлечения цинка являются слаки медеплавильного л свинцового заводов. Особенно ценными являются шлаки свинцового производства, содержащие 9-1($ 2ч , 1,5-2$ Рв, 0,7-0,8 Са, до 3® Ее .

В промышленном масштабе холодные, "богатые" по цинку, слаки перерабатываются ват вдеванием, шадкие- фьтаинговаяием. Наибольшее распространение получил способ' фыомингования шлаков.

Однако, при фьпкингоЕашш планов свинцовой плавки, которая как правило реализуется в периодическом режиме, имеют место бсяь-:зие потеря теплота с огнеяно-ацдксма шаками и с отходящей из установки газами, потери ценных компонентов с продутыми шакаии (. ¿а, Рз, Са, Ре п др.), значительные зибросы в атмосферу "СО" газов и паропылевой смеси во время "мокрой" грануляция шлаков.

Перевод процесса фьшингованая с периодического на непрерывный режим в условиях действующей системы обработки расплава связан с увеличением концентрации цинка в продутых шлаках и снтогяа-ем энергетической эффектишости фьшинговой печи.

Традиционная технология переработки свинцовых шлаков, ориентированная на получение окисленных возгонов и последующую их гидрометаллургическую переработку, отличается многостадийяостью, наличием протяженных транспортных связей с другими производствами цветной металлургии, значительной энергоемкостью, ограниченном лзяяеченяем ценных компонентов неходкого плака. Применяемые з настоящее время технология и оборудование сбесЕчяваю? глубину извлечения цинка из плака не более 75-8С$.

Традиционные методы интенсификации процесса фыокнпговаядя но позволяют добиться существенного изменения характеристик производства.

Отмеченным устанавливается актуальность поиска направлений, способов а технических средств радикального улучшения энергота-

териалосберегающих и экологических характеристик процесса переработки свинцовых шаков.

Диссертационная работа выполнялась в рамках общесовзной научно-технической программы ГКНТ СССР 0.01.11 по задания 01.Н. I., согласно постановивши) ГКНТ СССР Я 491/244 от 8.12.81.

Целью работы является разработка Енергоматз риал осб ере га^ядах и внелогически совершаяных направлений переработка свинцовых шаков, теплотехнических и технических основ создания высокопроизводительного, непрерывнодействуэдего оборудования, реализующего данный процесс.

Методы исследования. В работе использованы основные положения ггзтодалогии комплексного подхода в энергетике теплотехнологни.дяя реализации интенсивного энергосбережения, Расчетно-теоретаческае исследования потребовали разработка математических моделей, алгоритмов и программ с применением ЭВМ. Экспериментальные исследования прозодались с использованием методов теории плакирования эксперимента, основ теории подо(¡¡ж л физического моделирования.

Научная новизна работа состоит:

- в применении к реаенга задач интенсивного эяергссберегэнкя в технологии переработка свинцовых слаков методологии системного подхода, конкретным алгоритмом которого является метод предельного епергосберегения;

- в составлении яарга энергсматеряалслотребленая и экологической обстановки в теплотехкологическом комплексе (ТТК) производства свинца, на основе которой устанавливаются место и разь процесса фьшинговаши в решения острых проблем ТТК ;

- в определении коэффициента полезного использования энергии и потенциала интенсивного энергосбережения в целен для действую-цоЗ системы переработка свинцовая шакозз;

- в <£ор;,:удкровке условий реализации энергоиатериалосберегаг*-цзй технология ка основе принципов безотходной технологии;

- в разработке принципиально новой тепловой схе.*;ы переработ-га свшщоехх ил ахов, ориентированной на достижение предельно высокого уровня энергосбережения в данной теплотехкологии;

- в разработке теплотехнически и технических основ реаляза-цди шергокатсриалосберегавдей и экологически совершенной технологии переработки свияцовшс пиаков;

—в создании математической модели дея расчета 15 окзводитель-еоотв основного алелвнга разработанной системы- реактора киэтще-го слоя расплава (КСР);

- в экспериментальном подтверждении практической возможности эффективной решшзадиЕ непрерывного процесса фьшингования.

Практическая ценность работы:

1. Разработан новый высокопроизводительный реактор для непрерывного фьижнгования плаков- реактор кипящего слоя расплава, яо-глзяа а оригинальность которого подтверждена полохятельнм реае-нием Госко.мизобретений на выдачу авторского свидетельства.

2. Предложен максер-дозатор дм пеиреривнодействущего реал-тора КСР при периодической подаче расплава в миксер, новизна и оригинальность которого подтверждена положительным решением Гос-.-.омизобретений на выдачу звторского свидетельства.

3. Получены ксходяне данные для проектирования опытно-прогыя-лсгшой установки непрерывного фьпг.янгования свинцовых шлаков.

4. Даш прогнозные оценка экономической эффективности разработанной систе:,« фьго.жнговаяпя планов на базе агрегата ш:есер-реактор КСР.

5,Приведены рекомендация для практического применения агрегата мпгеер-реактор КСР з теплотехнологическом комплексе производства свинца.

6. Разработана методика расчета производительности реактора

кср.

Практическая реализация работа. Результата работа пранятн: для разработка ггроектно-технической документации опнтпо-про'.да-.■:онной установки непрерывного фьшинговаяия свинцовых плаков, ;з. Казахском филиале института Типроцветмет"; для создания головного образна установки по непрерывному фьюминговашш шлаков на Чимкентском свинцовом заводе.

Апробация работы. Основные результата диссертационной работа докладывались и обсуждались: на заседании кафедры Энергетика высокотемпературной технологии МЭИ - 1985, 1987, 1988 тт.; на 2-о2 Всесоюзной научной конференции "Проблзин энергетики теплотехно-логеи" (г.Москва, сентябрь, 1987г.); на Всесоюзной конференции "Научные основы создания энергосберегающей техники и технологии" (г.Москва, ноябрь, 1990 г.), на технических совещаниях Чимкентского свинцового завода, рудника "Ачвсай", Ачисайского полнметал-ллческого комбината, Усть-Каменогорского свияцово-цинкового комбината.

Публикация. Основные результаты диссертационной работы изложена в 6 печатных работах.

Ртпуугтзр '> оО'ье'н сб-.У'.'*'» Л"Со?-лтзгпч ссоточт зз введения,

четырех глав и заключения. Содержат 134 страниц основного текста, 35 рисунков, 41 таблицу, 5 приложений ка 31 странице и библиографию аз 123 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение и первая глава посвящены состояния вопроса, постановке задач исследования и методу их решения.

Теплотехнологичеокий комплекс (ТТК) производства свинца,внутри которого исследуется система фьшингования пит ков, характеризуется низкими энергетической и общей эффективностью.

С целью оценки фактического состояния энергоиспользования в ТТК, выявления причин и источников возникновения потерь энергетических е материальных ресурсов, загрязнения окружающей среды была разработана карта экергоматериалопотребления (Э.МП) применительно к Чимкентскому свинцовому заводу (ЧСЗ).

По данным карты ЭМИ, дахе при неполном учете потерь, доля тепловых отходов от общего прихода энергии на ТТК составляет около 7(3?.

Доля материальных отходов, в виде полезных компонентов в продутой шлаке (Рв, Си, силикатная часть), от исходного количества материалов, поступивших на плавку, составляет более 5$.

Экологическая обстановка в ТТК является весьгла напряженной. Концентрация вредных выбросов СО, , 503 , парохшлевой смеси летучих компонентов ииака в несколько раз превышает ВДК. Относительный объем вредных выбросов соизмерим с об да.! выходом материальных отходов (соответственно 0,78 т/т Рв и 1,47 т/т Рв).

Одним из крупных элементов ТТК является пшаковозгоночная установка (ШВУ). Доля ШВУ по суммарному энергопотреблению в пересчете на первичное топливо составляет Iпо выходу тепловых отходов 45?, материальных отходов вредных выбросов -

Недостатки ЕВУ обусловлены рядом факторов, основными из которых являются: периодичность процесса фымпнгоЕания; традиционность технологии, не предусматривающей комплексное извлечение товарных компонентов шша; низкий уровень совериенства тепловой схемы оформления технологии фьшангования; недостаточно эффективный теплотехнический принцип организации процесса фьшинговаяия.

¿далнз литературных данных показывает, что, несмотря на широкое исследования, технология фьшангования шлаков пока еще не располагает техническими ревенаяма, в комплексе обеспечивающих

_ ? _

I высокие технологические, энергетические, окалотачесхие а эконо-

I мические характеристики.

! Вышеизложенным определился перечень задач исследования,включающего:

- разработку мероприятий интенсивного энергосбережения, органически связанных с радикальным улучшением материалосберегаюгпх л геологических характеристик едете га фыомингования слшщопах ¡злаков;

- разработку энергетических, теплотехнических и технических основ реализации энергосберегающего фыяминг-процесса;

- экспериментальную апробация непрерывного фь»-tni'.r-процесса, реализуемого на основе теплотехнического принципа кипящего слоя расплава в реакторе нового поколения, я выдачу рекомендаций для прошдлеяяого использования результатов исследо-

Ро второй глава рассматривается формирование теплотой схеет термодинамически идеатьпой, экологически чистой систем фык.клго-шния, уровень потребления первичного топлива в которой слугкт г талоном при оценке энергетичзского совершенства действующих и nr-ux (альтернатюямх) вариантов систем верзрябогга свиицошх

'Технологическая схема, сформированная яа базе изисстких прогрессивных процессов, способов, и наиболее поляо реализующая прян-lU'rra безотходной технология и предельного энергосбережения, нс-г->льзована в качестве технологической основы разработка тепловоз охеш термодинамически идеальной система (ТКС) фьвмкнгопаняя ••улннцовых шаков.

Поступающий на переработку расплав подвергается перегреву,ое-активной отгонке Pb,W ,РРЭ, растворению активизирующей добавга-,-_0, переводу сульфидной серы в силикатную фазу. Затем из расплава гоэгсняется цинк, восстанавливается медь к железо с их отделением 9 даталлическую фазу. Далее обедненный по ценным компонентам сысо-хотемпературний расплав используется поэтапно для декарбонизации !ззестняка и сумки известняка. Етакоизвестняковая смесь гаправ-тяется в строительную промышленность з качестве корректирующей Главки к сырьевой едаси при производстве цементного клинкера.

На собственных окислительных компонентах (COg.HgO) отходящих '■;зов восстг"озитедьио8 :tav?p'J производится эндотермическая переприродного газа, получившей название "энергохимнческая ак---.лулядия газов" (ЭХА).В результате ЭХА образуется энергоценное •¡¿рггчнев ю.ш:го о твито?.-* егграяг? ~9050 ivWm3 •» гаропровз-

водательяоотьв ~2300 К, Сконденсированный металлическая цинк проходи стадпэ ректификационной очистки.

После приведения термодинамически идеальной системы (ТИС) й действующей система (ДС) фьшлкгования в сопоставимые условия по издал:, качеству и количеству вилускаемой продукции производился расчет удельного приведенного расхода первичного топлива в них.

В результате получено: - « у.т/кгЕ« ;

Здесь удельные расходы топлеез б сравниваемых система:! приведена на цинк и энергегдческу» продукцию (перегретый пар, нагретый воздух, вторичное тошшво).

Коэффициент патезного использования топлива в действующей системе (ДС), производящей цинк к энергетическую продукцию:

Потенциал резерва интенсивного ®нергосбережения в ДС:

„ИНТ ,ЛС

ьЬ -ЬлР~ ьпе ~ 2,952 сг у.т/кг 2/7 (2)

Гака'-г образом, валячика резерва вкадокаи тоодива в действующей системе фьншягования в 1,7 раза превышает расход тоялига непосредственно на шлаковозгоночнуз установку Чимкентского свинцового завода (см. табл.,1 ).

В третьей главе излагаются результаты разработки теоретических и технических основ построения евергоиатериалосберегавдей система: фьшангокшия а экспериментального апробирования главного алалента ахой системы - опцтного реактора кипящего слоя расплава с миксером. •

Приводится обоснование отбора аффективного теплотехнического принципа (ТТЛ) - шицего слоя расплава, разрабатнваэтся конструк-тивикс схе.'.з комбинирования теплотехнических принципов кипящего слоя расплава в закрученного потока газов, а так^е ;.:ихсера-дозатора.

Пригодятся результаты экспериментального исследования времени перемешаваикя на газогидкосгноЗ модели реактора КСР с сепара-циопяой камерой.

В диапазоне изменения критериев = 0,09-0,19 иМс/и/пр -

= 12-25 получено уравнение подобия для расчета времени переме-швания;

Но = rnip$jwc * 0.t)?(Jc/Gt] (3J

Обобщение экспериментальных данных проводилось па основа теории размерности а теория планирования экспериментов.

Гюрмлрование математической модели ка пял его слот расплава для расчета его производительности основывалось па следующей принятой (Ьизико-хи.".2:ческо5 исцели процесса:

- гидродинамический ретам в кипящем слое расплава (КСР) блдзок к реяцму в реакторе идеального перемешивания;

- расплав s кипящем слое состой лз частиц размером ci-, , о концентрацией С = С,п;

- вре^я "лизни" части! мезду их слиянием з слое одгкакозо, а тленно 1*= Vmtjil » W Тпгр время полного перемеск-вапяя расплава прн внесении в слой импульсного вэзмуцешгт по концентрации, fl - количество столкновений частиц, поступаюцдх в слой с концентрацией С > Стп с частицами в слое, шешдими С < С ,

до заданной полноты выравнивания концентрации Стд в слое;

- гадкие чаотида по истечении времена С"* мгновеито сталкг:-пэтея, сливаются, перемеплзаэтея и заново разделяются, ~?о пр:;-водит к выравниванию концентрации в объеме частицы л обновлений изхфазноЛ поверхности реагирования;

- за время С подвод молекул '¿пО к псверхяоотд раздела газ-расмав осуществляется в условиях нестационарной даЕфузял. Эта стадия определяет скорость ьсего процесса зосстанозленат цинга пз частицы; последние трл допущения полностью согласуются с ;:о-tossd гидродинамических условий в гадкой фазе, вблизи границы раз-гада газ - жидкость, предложенный Хигбя;

- эффективным будем считать взаимодействия частиц .имекзих с > Стп только о тзетацама, имеющим! С <. С?п;

- механизм, обуславяиваипяй восстановление ZnO а поверхности реагирования, зашгочается в столкновении одяоа молегулк 2г>0

а одной молекулы С0(Н2) , что приводит к образованно одного атома Zn и одной молекул« .

Условно принимаем, что в момент времена С* = 0 з слое находятся JV частиц о С = Стп я за время Т" в слой яоетупазт л риаснерно распределяема по слою M частгд с С > С!ГЦ.

За вре:ля Т* из слоя восстанавливается iQCZ*) окиси для-т5 н к ксязу 'С гсогаептяжи ZnO в частице уменьшится я становятся С = С„„в, г.пе б - ог^дптл по объгму чаотздя безраз-ызрчая конц «продал ~Z;\ù . Затем происходят мгновенное взаико-

- го -

действие J\f и /И частиц, что приводит к выравнивания концентрация слоя до С ~ С„

-пО к поверхности реагирования за время

тп

Процесс доставки

описывается уравнением нестационарной диффузии, которое в

сферичеоких коорданатах имеет вид:

fc(c, Ü)

dar.tt. ^ Г

j2_ Г

Jс (Г, С, ЭГ

I

J

(4)

Здесь: С. { г, ~} -концентрация Тмй в частице; Р - координа-( Гэ)] ; Г} - эквивалентный радиус частицы; ГС _ вре-ш; коэффициент молекулярной диффузии.

Так как лимитирующим звеном является внутренняя диффузия, полагаем, что для времени Т> 0 концентрация на поверхности час-твца

вого рода запишутся в виде:

Сдов = 0. Таким образом, начальные и граничные условия пер-

С(Гэ,0)=Сг а) С(г,г) = 0; (Б)

По Лыкову A.B., для частицы , имеющей фор:,¡у кара, приЬ?^ 0,1, решение уравнения (4) с достаточной для практики точностью имеет ввд:

л

зЯ>,

(6)

С тп

Здесь: -диффузионный критерий Фурье.

Дяя определения количества этапов столкновений частиц,цриво-дяцпх к Еиравниванив концентрации в слое до С = Стп, была принята следующач праблияенная схема взаимодействия частиц в слое:

Сн

W.

-V—

С"

Сг,е

О

%Ъ>° Стп В

О

Cr/t в

о

о о

Сп - Стп

ь2 П-С

Здесь й$г.а!> - количество цинка, возгоняемого за вре:ля С * о частицн с С У Стд.

Йзкопецио концентрация частицы к концу П -го ьтапа:

С, = ССн*Сг„в)/г , С2 - iC,*CrnQ)j2- 1С„+ЗСтп9]/Ч; . . . Сп--С.г^[_С^Сгп~1)Сгп^12п (7)

Количество этапов взаимодействия частиц:

Л = {,ччз -iii-^SanJL- (8)

Стп (¡-в)

Количество Е/?0 восстанавливаемого с поверхности частицы С с< Стп, за время С* : 3

Здесь - плотность расплава.

Необходимое количество частиц в ванне для технологической обработка поступавшего расплава:

Масса расплава в ванне: /И ^ = Производительность реактора по плаху:

<р - Ме Сгп ({-д)-п (9)

¿лх ^ /п л 1 '-пг-р С '^тп )

Производительность реактора КС?, при которой обеспечивается необходимая степень однородности расплава на выпуске из зоны обработки:

(Ю)

Здесь к^ = (8-10) - эмпирический коэффициент однородности расплава на выпуске.

Необходимое условие обеспечения заданной технологической производительности реактора КСР:

(II)

Ка базе математической модели разработан алгоритм расчета производительности реактора кипящего слоя расплава, вкяэчаазк.:: расчеты горелая топлива и теплопогерь через гарписсажнул футеровку, расчеты гидродинамических характеристик слоя, материальные и тепловые балансы восстановительного процесса а расчет геометрических размеров реактора КСР.

Результаты расчетов позволяют сделать сяедуяцге выводы:

- в диапазоне изменения массы ванны от 1000 до 7000 кг максимуму производительности кипящего слоя расплава соответствует значение газосодерзания в слое ^ = 0,5;

- при значениях ^ = 0,в козгт быть достигнута высокая однородность расплаза на выпуске (по содержании о)\

- с ростом массы ванны, при У-солвЬ , производительность кипящего слоя расплава существенно повышается;

- с увеличением газосодерзания в слое (Ч* >0,55) и одноврз-

о

:;е;-;го:г сажглкп докечной концентрации цинка в шлаке Стц производительность золящего слоя расплава падает.

На газозздкосткоа модели били проведены исследования процесса кепрершгаоГ: подач;; яздюсгг из «вксера в реактор КСР при продувке ваюаг ппксера одиночной струей таза.

Услоеия подобия газсгцдхосгной модели миксера и миксера-об-рззцз били слраделеяп на основе метода размерностей. Обцее уравнение подобия производительности миксера имеет взд:

?гУс2 )Л/ у/с \е (12)

" ' т 1 ЧЛЬо } \ Wn.pl

Расчет параметров миксера -образца производился по эксперамен тальшд; данным газокедкостнод модели миксера, реализуемой в условиях подобия с образцом.

Кспользуя результаты расчетных и экспериментальных исследований была спроектирована, изготовлена и смонтирована опытная установка "чсз-мэк" в плавильном цехе Чимкентского сеинцового завода.

Оснозной целью экспериментальных работ ка опытной установке, отраженных в диссертаций, являлось:

Г. Подтвергщение работоспособности опытной установки, вклкчгиь п;ей шксер-дозатор и реактор кипящего слоя расплава;

2. Демонстрация возможности достижения высоких теплотехвиче-с-1ех к технологических характеристик нового реактора, реализующего непрерывный процесс фьшингования на основа комбинирования теплотехнических принципов кипящего слоя расплава и закрученного потока газов.

В экспериментах использовала заводские ишаки с начальным содержанием цинка П,8&; 15,3? и 16,5?. Конечное содерганве цинка в продутом шлаке колебалось в пределах 2,9-3,®?, что соответствует среднему содержанию цинка в еглкоеозгоночной установке завода. При этом удалышй расход природного газа составил 106-133 им3 тонну шлака, что в 1,3-1,5 раза нпкз, чем в ылаковозгокочной установке (ШВУ), хотя производительность опытной установки была ь 23 - 25 раза меньше. Удельнач объемная производительность реактора КСР оказалась в 8 - 10 раз выше чем в ЕВУ.

Полученные экспериментальные данные вполне удовлегворгтелько согласуются с результатами расчета.

Таким образе:.! экеяералентальныз исследования подтвердил»} нз тальио работоспособность, но и б ал «саз по-генциалышо возкоглезта ■'ьшикг-устакоЕХи о роахтсром касадего слс: расаь«>'£ дкя ссуи^ст-

злеиия непрерывного процесса г&жгпгокхж, а по-

лучить яеобходаа/е опытные даннне для разрг-.ботги ;; создания коо'йектвшой ошяао-прокиивензоЗ устачовгл кепсгрчп-ого 'уг;лго-гляня планов.

Четвертая глава поспядена разрайогко энергссб-г? ?г1г.г.::х 'ппло-гах схем практической модели сисге.'Ы ¡нпрэрив.чого прогнозшга сценкам энергоэконо:.:ачесг.сго л .т.алед-

стзий их реализации.

В диссертации приводится два варканга (А л Б) гэсг.с!-^:: ох*:; саотеш непрерывного фьшкнговаюя, пр5дстааг«п;-ли;: со5сд ззд ше ступени перехода от де2сгауэд*3 к кого.': спст:-::? ко.-дглскопс;; переработка ¡дтаков свдяцовод плавки.

Второй вариант (варкая? Б) тепловой схз:я; ггра:-:тич:с;-:о.': коде^л системы непрерывного фьяжяговакгя праведен на Г.

Значения удельного расхода перинного топл;:.:л ка ;:-,-.::гор. салонного элемента этой система, з 2,5-4 разе нп~.е, а удел.-.::с'Л про-иззоддтельности Р„ , рг в 4-5 раза пт-з акадегстндх показателей лучпих фьш.шнг-печз:{ мира (табл. I).

По сравнении с действуйте.! сестеиоЗ, в р-асчет::с;; системе "ь:>-гангованЕЯ по варианту 5 коэффициент полезного йсящкзоглнкя логичного топлива ( П ) возрастет почти з ? таз, а котегшзд тзнеивпого эвергосбереазндя (<& ) реализуется белее чс:: на 70. Практически возможна уровень энергосбережения ( [>"г~'), представляющий разность меяду удеяьякми привзденш::.'ц расхода:л теллд-ва в действующей а расчетной системах фьз.-.ежгозання, бачь:::з цельного водимого расхода топлива непосредственно кспая&зуемого во фьшинг-печи Чимкентского свинцового зазеда (табдД,.?).

Данпне табл. 3 говорят о высокой расчетной эколо:.:кчесхел эффективности новой сяогегда непрерывного фикгнгогаягя свинцовш-; шлаков.

3 теплотехяологпческом комплексе ТТК производства свинца,внутри которого исследуется система фтачЕнгозания, при реализации повой (расчетной) сасяеш непрерывного «|®гжютованая откризаетсл возиолюсть значительного снижения тепловик и материальных отходов, вредных выбросов в атмосферу и выработки дополнительней предугадай. Применительно к Чйчшггскому свинцовому заводу, удельш:^ расход топлива на I тонну свища в ТТК с новой скстемоя §ьаккяго-вания снизится в 1,3 раза, вредшз выброса сократятся на теп-лоше потери - на 32^, материальные отходы - на Ъ77°. Расход сгл-

Зп 950K

ПП, 600к

AB

Г

J-Ц ~lEr

0, 700K

ВТ, 700K

В, 600к

ПВ

¡1?

-LL

* 8 ог, 1950! г

Zn

f t_

И.О.

и

[

-MK

@r

Т800Г

ПРГ. 700ft

с

0

"T55U:

ТТш

I I I

ВГ,2»

I

—f

I

I

L.

г

ПВ

ээ

1

iOOOK

Ш прг

FI800fl

Vp е-Сч т

Иг

г

ВТ Id

ПВ

in в

Yfe-Cwj

ош

Took

к потребит.

ВТ

j--I

_____J

Возгоны"]" р РЭ ДГ

Рис.1. Тепловая схема онергоматериалосберегающей системы фыомингования

свинцовых плаков

I - кагреи, разложение известняка, 2 - селективная отгонка , РРЭ, перегрев расплава,

3 - госетановленис Ре , Сс , возгонка цинка, 4 - отделение " Ре.-Си" сплава из шлака, 5 - "сухая" грануляция шлаков, 6 - энергохимическая аккумуляция газов, 7 - конденсация паров?«. 8 - ректификация цинка, 9 - охлаздение вторичного топлива, 10 - охлаждение газов, II - улавли-

ЕОлИЗ ВСЛГОНОВ

того воздуха и технической воды снизится на Т?> и (соответственно.

Выработка дополнительной продукции на I тоьпг/ свинца составит: цинка - 39 кг, свинца - 1,3 кг, меди и железа в зивзодедоал сплаве - 8 кг и 136 кг, соответственно; обедненного ло цен::::л металлам высококальциевастого плака - 1295 кг, что соответствует экономия приведенных затрат 5,7 млн.руб./год.

В рассматриваемой главе приведены такхе практические рекомендации по модернизации малого плавильного отделения "СЗ на базе агрегата непрерывного бьшпнгов&чпя, вклэтазкцего ;.щ:-:сер-рэ актор КСР. Озвдаемый экономический эррект от его внедрения составит ►0,5 шш.руб/год.

Таблица I

Сравнительное сопоставление рас четка; характеристик

реактора КСР (с миксером) л производственных характеристик фьшинг-печей тара

,'ё» Наименование характеристик Ед. изкер. Де,":ст вушие Фьп: етг-печп ■ реактор кс?

БХАС Си2А Плоздкз Болгария Чи-'жект ссср

1. Решал работы - период .кепрерцз. период. к-зпрэрнв,

2. Вид топлива - уголь мазут яра?.газ прир.газ

3. Удельный видимый кг у.т. расход топлива Г/1 1,538 2,1 2,35

1. Удельная производительность

¡V кг = л м3час 39,6 15,3 240

кг ¿гл Лас 225,3 199,2 132 834

^ С учетом затрат тошшза на производство кислорода и допелни-эльно произведенной продукции (?е, Си, СаО в плаке ).

Таблица 2

Сраглктелькое сопоставление энергетических показателей до::эте:~х;М: (433) и предлагаемой (расчетной) система фьюангования

Нагтенозаш» показателей Обозначение Ед.измер. Действующая Система система по вар. Б

I. КозТ-гдсеяг полезного использования первичного топлива п о 7,8 60

2. Потенциал интенсивного энзргосбереае- 1ШЯ „инт ьо кг у. т. КГ 3/7 3,953 0,851

3. Удельный приведенный расход первичного топлива 9 кг у. т. кг 2/? 4,119 1,372^

4. Практически возможный уровень энергосбережения в дейст-вуэзел системе отно-ситально варианта Б гг кг у. т. КГ ~2П 2,54? -

к/ Удельные расходы топлива в сравниваемых системах отнесены 1;

суммарному производству цинка ж энергетической продукции -регретый пар, нагретый воздух и вторичное тошшго).

Таблица 3

Экономические показатели предлагаемой (расчетной) систем по отношению к действующей системе фьюшшгоэания (ЧСЗ)

£¡8 Наименование показателей Ед.измер. Система по варианту Б

1. Годовая экономия приведенных

затрат тыс. руб. 5763

2. Снижение себестоимости продукции руб/г '2п 122

3. Срок окупаемости допшпатель кых капитальных влоне-

яай лес. 1,3

*4. Предельно допустимые значения капитальных влозений тыс.руб. 19730

j OK'JG З'ЛЗОД'-,'

1. На основе метода предельного о я е р-госберекения впервые определен для деп crr^vriero

теплотехнсдогического комплекса переработки сакзцсзе-с^яко'ая: концентратов: общая энергоемкость, эяергзтячеекпл о' ."склпгчссть (качество использования топливно-энергетических o^cypccj) и потенциал интенсивного энергосбережения.

2. Высокая энергоемкость, низкое качество ;:cna:nc2:;ni-î тол-дизяоэнергетических ресурсов, весьма высоки": пстенпнел интенеппно-го энергосбережения, бокызой объем материальных от;:о-оз, сл-елыл экологический фон выдвигают задачу коренной энергетической, технологической и экологической яодернигацаг дейгтиу^г.его топлотехпо-логического комплекса производства окща в разряд особо актуальных и острых.

3. Показано,что система фьъмкнгования плаков езгнпоьего производства является одним из павшее объектоз, оп^з-едяэхпх высокий уровень энергоемкости, низкой энергетической э

шеокай уровень материальных и тошюзих отхедоз, в тс:: чпелз шх, ТТК производства свинца.

4. Указанные недостатки системы фьЕмлнгозанпя сбусдо?ло:^ : отсутствием комплексности переработки алакоз; периодичностью технологического процесса; несовэрпс-нство:.- тепловой exe:;;; глубоко традиционным оборудованием.

5. Установлены основные направления пезыпег:?л энергетической, экологической и общей а^фектсзиости систем 7з:о:~:ягоза.:шл слзков свинцовой плавки: реализация дрицппоз безотходно,': технологии; разработка энергосберегающей тепловой схемы оформления технологии переработки плаков свинцовой плавки; поиск шсокоэу>фе:-:т;зн1з: теплотехнических принципов, источников энергии и энергосберегающих конструктивных схем, открывающих сирокиз возможности перехода к непрерывному процессу фьк:линговання илаков.

6. На основе известных Я новых технологических пгоцессс-з и спссобоз сформированы технологические схемы комплексной переработ-га свинцового слана, реализуя целенаправленный поиск э.чзргс:лте-раалосберегавдих и экологически совершенных вариантов.

7. Разработана тепловая схема термодинамически идеальной системы, "реала зутадэй" безотходную переработку свинцовых алакоз, ус-таааалпваицуя уровень казнах пределов расхода первичного топлива на эту переработку я Екступапщуя в качестве эталона оценка знер-

гегпческо;': оУгектизяоста л потенциала резерва интенсивного экер-госберегенпя действующей системы переработки шлаков.

Б. Обоснована и подтзерздена возможность реализации высокоэффективного непрерывного процесса оыклаягования шлаков свинцовой плавка на основе комбинирования теплотехнического принципа кипящего слоя расплава и аэродинамического принципа закрученного потока газов.

9. Экспериментально (на "холодной" модели) получено уравнение для расчета времени перемешивания расплава в реакторе с кипящим слое:.: расплава, с вихревой сепарадионвой камерой.

10. На основании принятой физико-химической модели кипящего слоя расплава сформирована математическая модель и разработан аг.-горити расчета производительности реактора непрерывного фьтшнго-вания планов.

11. На основе экспериментального исследования разработанных б реализованных "холодных" (газоаидкостных) моделей и расчетного анализа .математической модели кипящего елся расплава была спроектирована и создана на плодадке Чимкентского свинцового завода опытная установка "ЧСЗ-МЭ1Г, вкяпчающая реактор с -кипящим слоем расплава и миксер-дозатор, и реализующая непрерывный процесс фьшиь-гования при периодической подаче шлаков.

12. Результаты'демонстрационных испытаний опытной установка удовлетворительно согласуются с расчетными данными, подтвердца»; теоретические предпосылки и устанавливают практическую возмояносс:-вксокоэффективноа реализации процесса непрерывного фьгаанговакн;:

в реакторе с кипящим слоем расплава. Конкретно, испытания опытной установки показали: удельный расход топлива в 1,3 -» 1,5 раза ни-гю, удельная (на единицу объема реактора) производительность и -..10 раз выше, а шаковынос из реактора л 4 + 6 раз меньше, чей т-действующей печи ерьшингования, работавшей в периодическом резкие.

13. Сформирована схема комбинированного способа теллотехиоло-гической обработки шаков свинцовой плавки, шияципиачьная носи-па которого определяется: селективной отгонкой свинца, кадмия, редких, рассеянных элементов; получением концентрированного металлического цкяка, вместо окисленных цанковосвшщовых возгонов; шработкой хелезомедного сплава и шсококальциевистого клака; превращением отходяеех реакторных газов во вторичное топливо, до пирометрически;.! характеристикам не уступаете«? природное газу; потенциальной возкозностыз в несг.атько раз повысить внергеткчзс-

кую эффективность действующей системы Зьэдинговангя каков; воз-мояностьа применения предлагаемого технического репенхя как в действующем комплексе производства свинца, так и в псзцх автогенных процессах.

14. Внедрение системы фьюмаяговаядя нового поколения, в:г.пта:->-usit реактор с кипяти.! слоем расплава, приведет з проделах тепло-технологического комплекса ЧСЗ: к экономии первичного топлива на 23?; снижению тепловых потерь на ЗС£, .чатерпальЕнх отходов на 87$, вредных выбросов в атмосферу на Г253, к экономическому з'ррзк-ту, расчетно определиемого з 5,7 млн.pyd/год.

15. Расчетный экономически:-} э^гоэкт от применения агрегата непрерывного фызманговакая ( реактор с миксером-дозатором) для наработки ишаков малого плавильного отделения Чпмкентского свинцового завода составит ^0,5 млн.руб"год.

ОБОЗНАЧЕНИЕ

° - суммарный расход первичного топлива на теялотехкологнческзй процесс в виде природного газа, электроэнергии и кислорода ;

Ь£Ц, расход топлива на замечаемых агрегатах, ка выработку железа, меди и дополнительного количества цинка; ёсла, -

то да для получения СаО, сухого известняка и близкого по качеству к обедненному по металлам слаку стройматериал; ьлпп - на наработку нагретого дутьевого воздуха и дополнительного количества перегретого пара; ьат- вторичное tosjuibq; rJc - импульс газовых струй в соплах, 2-, - вес ванны; \\о - критерий гомохрошюста; ÍJ - ускорение свободного падения; \Чс. - скорость газов в соплах; Wnp — скорость газов, отнесенная к поперечному сечения технологической камеры; Wn¿p - скорость газов в переходном патрубке млх-сера-дозатора; - эквивалентный диаметр частица расплава;

С„, С_„ - начальная и конечная концентрация технологического про" -л и

дукта в частице; , 0 - плотность газов и яадхости; пс -высота спокойного слоя расплава в ванне; .13 - атмосферный воздух; ПВ.ПЛ - питательная вода и перегретый пар, соответственно; ОШ.НС-- обедненный по ценным металлам таак и гадкий шлак; ПРГ.ЗТ - при-родни;-} газ и вторичное топливо; 0,3 - технический кислород и дутьевой воздух; К. 0. - кубовый остаток; ЗгГ , 2п , - цинк газообразный, цинк черновой жидкий а цинк рз$ияяровадннй;(Ре-Си)-яелезо-медкый сплав; И - известняк; ОТ,КГ - отходящие и дымовые газы; ЭЭ - электроэнергия, TU - технологический продукт,

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Диханбаев Б. И. Разработка направлений повышения энергетической эффективности теплотехяалогической схемы переработки шпаков свинцовой шавки; Сб.науч.тр. МЭИ. J» 139. - Москва, 1987.-96о.

2. Диханбаев Б, И. Повышение эффективности переработки свинцо-вчх маков на базе энергосберегающей тедлотехналогической схеш

и. высокоэффективного оборудования, Москва, сентябрь 1987 г. :Тез. докл. П Бсесоюзн.науч.-техн.копф,- Москва, 1987. - 146 с.

3. Диханбаев Б.К. Методика расчетной сценки производительности реактора КСР для переработки свинцовых шлаков: Сб.науч.тр.МЭк, № 139.- Москва, Г988.- 93 с.

4. Диханбаев Б. К. Энергоматериалосберегахщая и экологически совершенная схема переработки отвальных вднкосодеряавдх тааков; Сб.науч.тр. МЭИ. № 236. - Москва, 1990г. - 89 с.

5. Диханбаев Б.И., Ковалев A.C., Избасханов К.С., Нысанбе-хов O.A. Энергосберегающая и экологически совершенная система фу",-микгования свинцовых пшаков, Москва, ноябрь 1990 г.: Тез.докл. Всесоюзн. науч.-техн.кокф. -Москва, 1990,- 244 с.

6» Ключников А.Д., Диханбаев Б.И., Ковалев A.C., Избасханов К.С., Ныоанбеков O.A. Энергосберегающий реактор в теплогезш">-логической системе фьймингования плаков свинцового производства.. Москва, кояйрь 1990 г.: Тез. докл. Всесопзн. науч.-техн. конф .-Москва, 1990 . - 244 с.

ГТилиисжк» к Р^-чатн Л--

1)гч л Тираж /со Зякаэ

Типография М'^И, Краоюкаэармснмая, 13.

/

/