Обслуживание обжиговых печей

В обязанность производственного персонала (масте­ров, бригадиров, рабочих ведущих профессий), обслу­живающего печи КС и связанные с ними теплотехниче­ские и пылеулавливающие сооружения, входят: контроль технологического процесса и соблюдение заданного ре­жима обжига, подготовка печей к остановке на капи­тальный ремонт и обеспечение успешного пуска печей в работу после капитального ремонта.

Контроль технологического процесса охватывает весь комплекс производственных операций, начиная от под­готовки шихты и кончая передачей в цех выщелачивания продуктов обжига, а в сернокислотный цех - обжиговых газов.

Контроль количества и качества шихты

Для обеспечения планового выпуска металла необ­ходимо постоянно знать количество шихты, которое за­гружают в печь, и содержание в ней цинка, т. е. произ­водительность печи по перерабатываемому материалу (в сухой массе) и по основному металлу. Суточную про­изводительность печи при влажности шихты 10% под­считывают по формуле

Q = vhBy24·0,9,

где Q - производительность печи, т/сут сухой шихты;

v - скорость ленты питателя, м/ч;

h - средняя толщина слоя на ленте, м;

В - средняя ширина слоя материала на ленте,

y - объемная масса шихты, т/м³;

0,9 - коэффициент, учитывающий влажность шихты.

Практически контроль за количеством поступающей в печь шихты осуществляют несколько раз в смену путем замера толщины слоя материала на ленте питателя и периодического взвешивания 1 пог. м шихты. Суточную загрузку шихты контролируют по данным конвейерных весов. Влажность шихты определяют не реже одного раза в смену. Необходимо иметь в виду, что автоматическое регулирование питания печи шихтой не освобождает персонал от регулярного контроля этого параметра указанным способом.

Контроль качества шихты учитывает как физическое состояние, так и химический состав. Для этого ежесмен­но определяют ситовый состав шихты, в основном на со­держание зерен крупнее и мельче 3 мм, а также на на­личие комков величиной 10 мм. Наряду с содержанием цинка в шихте, которое необходимо знать по указанным выше причинам, в ней ежесуточно определяют содержа­ние серы, железа, свинца, кремнезема, меди, а на некоторых предприятиях и натрия.

По содержанию серы технолог цеха устанавливает соответствующий расход воздуха, подаваемого в печь, а знание содержания железа, свинца и кремнезема помогает правильно выбрать температурный режим обжига, в частности несколько снизить его температуру, если за­мечено существенное отклонение в сторону увеличения содержания свинца и кремнезема по сравнению с техно­логической инструкцией. Безусловно, режим обжига в зависимости от состава шихты ежесуточно не меняется, так как сырье поступает на завод более или менее ста­бильного состава, но в ряде случаев возможны серьезные отступления по качеству сырья, тогда контроль состава шихты поможет предотвратить нежелательные последст­вия и в процессе обжига, и в процессе выщелачивания. Характерным в этом отношении является пример с влиянием нат­рия на процесс обжига, имевший место на одном из заводов несколь­ко лет назад. В шихту обжига поступал сульфид пинка, полученный на свинцовом производстве в результате содовой электроплавки свинцовых пылей с последующим разложением плавов водой. Так как контроль на содержание натрия в шихте отсутствовал, то большое разовое поступление этого материала в шихту (до 0,23% Na) не было своевременно обнаружено и привело к резкому укрупнению материа­ла в печи КС, залеганию слоя на подине и забиванию газоходной си­стемы пылями, сцементированными сульфатами.

Подробный анализ исходных материалов и процессов, происходящих в кипящем слое, позволил следующим образом объяснить причины укрупнения и залегания концентрата в печи КС при наличии в нем натрия. Известно, что все соединения натрия легкоплавки, поэтому при содержании в цинковом концентрате даже 0,2% Na в виде сульфата, хлорида или окиси на поверхности частиц огарка может образоваться слой жидкости, состоящий из легкоплавких соединений натрия. Так, в системе Na₂SO₄ -ZnSO₄ образуется легкоплавкая смесьс температурой плавления 472° С; смеси в системе NaCl-ZnSO₄ плавятся при 370° С; в системе Na₂O-ZnO-SiO₂ смесь имеет температуруплавления 750° С.

Таким образом, во всех случаях температура плавления смесей, содержащих соединения натрия, заметно ниже обычной температу­ры обжига цинковых концентратов в печи КС. Вследствие этого об­разующаяся на поверхности частиц огарка вязкая жидкость из лег­коплавких смесей способствует их слипанию между собой, постепен­ному укрупнению и залеганию слоя с образованием так называемо­го козла.

Содержание меди, а также кремнезема в шихте не­обходимо знать для того, чтобы своевременно предви­деть возможные последствия для выщелачивания огар­ка: снижение рН пульпы, увеличение расхода цинковой пыли, ухудшение процесса отстаивания и фильтрации и другие трудности, которые может повлечь за собой уве­личение количества этих компонентов в шихте.

Цинковым заводам, исходя из баланса сырья на пла­нируемый год, устанавливают номенклатуру и количест­во концентратов, поставляемых горно-обогатительными предприятиями. Поэтому качество сырья и шихты явля­ется более или менее постоянным. Однако, как это было замечено в практике, иногда на завод могут поступать концентраты иного состава. Контроль за качеством по­ступающего сырья возлагается на отделы технического контроля, которые обязаны своевременно предупредить в этих случаях технический персонал обжигового цеха и руководство завода.

Контроль температуры, тяго-дутьееого режима

При постоянном равномерном питании печей КС Шихтой определенного состава технологический процесс обжига цинковых концентратов протекает достаточно стабильно, если при этом соблюдаются такие важней­шие параметры, как температура, упругость и расход воздуха, тяговый режим в газоходной системе, теплотех­нических и пылеулавливающих сооружениях. Контроль температуры важен не только в кипящем слое, но и по всей технологической цепочке, вплоть до сернокислотного цеха. Температуру измеряют стационарными термопарами, установленными в определенных местах, а приборы, регистрирующие показания термопар, выносят на щиты пульта управления. Поэтому печевой может на­блюдать за температурным режимом, находясь в помещении пульта и следя за шкалой электронных потенцио­метров.

Температуру в зоне кипящего слоя контролируют обычно в шести точках, причем отклонение между ними допускается не более 15—20° С. В этом случае персонал уверен, что массообмен и теплообмен в кипящем слое происходят нормально, а процесс обжига идет равно­мерно с одинаковой интенсивностью во всей массе мате­риала. Значительные отклонения температуры имеют место чаще всего при залегании слоя в какой-нибудь ча­сти подины. Эта причина должна быть срочно выявлена и устранена в соответствии с рабочей инструкцией.

При стабильном и равномерном «кипении» отклонения от заданного температурного режима в зоне кипя­щего слоя могут быть в меньшую или большую сторону. Резкое падение температуры слоя может произойти вследствие прекращения подачи шихты в печь или по­ступления воды через вышедший из строя охлаждающий элемент (кессон или змеевик). Для восстановления за­данной температуры необходимо в первом случае устра­нить зависание шихты в бункере или забивание загру­зочной течки, а во втором - обнаружить прогоревший кессон или змеевик и прекратить подачу на него воды.

Причиной постепенного падения температуры кипящего слоя может являться также уменьшение содержа­ния кислорода в дутье в результате снижения давления в кислородопроводе, из которого поступает кислород во всасывающее отверстие воздуходувки. В этом случае до окончательного выявления причины снижения давления кислорода необходимо перейти с автоматического на ручное управление задвижкой на кислородопроводе.

Повышение температуры кипящего слоя обычно про­исходит в результате увеличения загрузки печи шихтой, вследствие нарушения работы питающих устройств или неисправности автоматики. Для восстановления темпе­ратуры до заданной величины необходимо прекратить подачу кислорода, уменьшить загрузку шихты в печь, а в особых случаях подать в печь воду через форсунку.

Поддержание оптимальной температуры под сводом печи необходимо для завершения реакций обжига наи­более тонкой фракции концентрата и обеспечения температурного режима в газоотводящих и пылеулавливаю­щих устройствах. На практике чаще сталкиваются с по­вышением температуры в результате чрезмерно высокой температуры в зоне кипящего слоя и увеличенного рас­хода воздуха на форкамеры и подину печи. Иногда при­чиной этого является и пониженная влажность шихты.

Высокая (против заданной) температура газов под сводом может вызвать преждевременный выход из строя газоходной системы, особенно при воздушном охлажде­нии стояков, увеличение скорости газов, поступающих в циклоны и электрофильтры, и, как следствие, снижение эффективности пылеулавливания этих аппаратов. Для снижения температуры под сводом печи до нормы необ­ходимо проверить и отрегулировать загрузку печи ших­той, довести влажность шихты до установленной конди­ции и, если это не поможет несколько снизить количество дутья на подину и форкамеры печи.

Из сказанного понятно также значение количества и упругости дутья для правильного ведения процесса об­жига. Роль этих факторов еще более возрастает, когда печь КС работает на дутье, обогащенном кислородом.

Снижение расхода воздуха и степени обогащения его кислородом могут привести к понижению температуры в зоне кипящего слоя, уменьшению производительности печи, ухудшению качества продуктов обжига, а падение давления воздуха под подиной печи неизбежно вызовет снижение скорости восходящего потока газов, вплоть до залегания слоя. Напротив, чрезмерный расход воздуха, увеличенная концентрация кислорода в дутье и высокое Давление воздуха под подиной приведут к повышению температуры в кипящем слое и под сводом печи (а так­же к увеличению пылевыноса).

Гарантией стабильности технологического процесса служит точное соблюдение всех параметров дутья. Для ^их контроля в распоряжении обслуживающего персона­ла имеются соответствующие измерительные и автома­тические регулирующие устройства, показания которых внесены на щит управления печами. Решающее значение при этом имеет бесперебойная работа воздуходувных машин и кислородной станции. Наиболее характерным показателем расхода воздуха и кислорода, эффективного их использования служит содержание кислорода в отходящих из печи газах. Концентрация кислорода при правильном ведении технологического обжига должна быть не менее 4 и не более 6%. Анализ газов на содержание свободного кислорода следует проводить не реже одного раза в смену.

В обеспечении эффективной работы газоотводящих и пылеулавливающих сооружений немаловажное значение имеет тяговый режим. Как уже говорилось выше, для каждого пылеулавливающего аппарата есть своя опти­мальная скорость движения газов. Эта скорость явля­ется функцией двух величин (при постоянном объеме дутья): температуры, которая определяет фактическим объем газов в каждой точке газоходной системы, и разрежения, создаваемого эксгаустерами обжигового цеха и нагнетателями сернокислотного цеха.

Разрежение должно быть минимально необходимым для поддержания оптимальной скорости газов. Сниже­ние разрежения, помимо уменьшения скорости газов, соз­дает повышенное давление их под сводом печи и выби­вание газов через различные неплотности в газоходной системе. Слишком высокое разрежение наряду с повы­шением скорости газов приведет к большим, вредным! для технологического процесса, подсосам наружного воздуха.

Давление газов под сводом печи, разрежение по все­му газоходному тракту измеряют тягонапоромерами с выносом показателей на щит управления печами. Регу­лирование разрежения производят дроссельной за­движкой на всасывающем патрубке эксгаустера.

Контроль качества твердых продуктов обжига

Точное соблюдение технологического режима работы печи КС должно обеспечивать получение плановых по­казателей качества как твердых продуктов обжига, так и серусодержащих газов. За основу для контроля этих показателей в твердых продуктах обжига принимают содержание соединений серы. В огарке и циклонной пыли определяют содержание сульфидной и сульфатной серы. Сульфидная сера характеризует полноту обжига цинко­вого концентрата и до известной степени (при прочих равных условиях) растворимость цинка в огарке, суль­фатная - наличие растворимых в воде сульфатов.

Пробы огарка и циклонной пыли отбирают через каждые 2 ч и обязательно от каждой печи. Из разовых проб составляют затем сменные пробы по печам и в целом по цехуили отделению. Важно, чтобы результаты анализа огарка и циклонной пыли на соединения серы быстро доводились до печевых для оперативного вмешательства в работу печей в случае необходимости.

При отклонениях от заданного технологического ре­жима повышенное содержание сульфидной серы обна­руживается прежде всего в циклонной пыли, что ука­зывает на большой пылевынос вследствие чрезмерного большого количества дутья, пониженной влажности ших­ты или завышенной загрузки печи шихтой. Для доведе­ния содержания сульфидной серы до нормы эти причины необходимо устранить в первую очередь.

Наряду с анализом па соединения серы, но значи­тельно реже определяют ситовый состав огарка по гра­ничному зерну. 0,25 мм. Циклонную пыль на этот показа­тель не анализируют ввиду малой крупности частиц.

Контроль отходящих из печи газов

Количество и объем отходящих из печей газов долж­ны строго соответствовать расчетным, так как принять большее количество газов сернокислотное производство не может. Для соблюдения этого условия необходимо постоянно устранять возможные подсосы воздуха в газоходную систему. Качество обжиговых газов, направляе­мых в производство серной кислоты, определяется их за­пыленностью и содержанием сернистого ангидрида. Вы­сокая запыленность газов служит источником различных нежелательных последствий в сернокислотном цехе. Главное из них - забивание пылью оборудования про­мывного отделения. При снижении концентрации серни­стого ангидрида ниже допустимой величины возникает Угроза уменьшения выпуска серной кислоты, а также пе­рерасхода топлива на подогрев газа перед контактными аппаратами.

Запыленность газов определяют ежесуточно на входе в пылеулавливающие аппараты (циклоны, электро­фильтры) и на выходе из них, а конечный показатель запыленности определяют в «товарной» точке газоходной системы между обжиговым и сернокислотными цехами. Иногда запыленность контролируют разовыми пробами и в других точках, если в этом возникает необходимость Высокая запыленность газов после циклона является следствием нарушения режима работы циклона. Здесь могут быть две причины: зарос пылью входной патрубок циклона или образовались подсосы воздуха через лючки и разгрузочный шнек. Для устранения этих причин не­обходимо очистить от пыли патрубок и устранить подсо­сы воздуха.

Повышенная запыленность газов после электро­фильтров появляется чаще всего в результате несвое­временной разгрузки пыли из бункеров электрофильт­ров, нарастания «колбас» на электродах (в этом случае электрофильтр не держит нагрузку) и обрыва коронирующих электродов. Для восстановления к. п. д. элек­трофильтра нужно соответственно тщательно очистить бункера от пыли, несколько понизить температуру газов на входе в фильтр, наладить режим встряхивания элек­тродов и удалить обгоревший электрод.

Концентрацию сернистого ангидрида в газах опреде­ляют автоматическими газоанализаторами только в «то­варных» точках. Кроме того, практикуют проверку по­казаний газоанализаторов с помощью ручного отбора проб и последующего химического анализа газов. Если при нормальном ходе обжига концентрация SO₂ в газах стала понижаться, то это является обычно следствием подсосов воздуха в газоходной системе и на дросселях неработающих секций электрофильтров, которые долж­ны быть устранены.

Остановка печи на ремонт

Кратковременные (продолжительностью до 12 ч) остановки печей КС допускаются для чистки форкамер или устранения продувов в кипящем слое. Для этого тем­пературу в печи снижают до 300° С, но огарок из печи не выгружают. При появлении течи в кессонах, змееви­ках, аэроводохолодильнике для огарка или неполадок в системе котла-утилизатора печь срочно останавливают по распоряжению технолога цеха для устранения воз­никших неполадок.

Более длительные остановки печей на срок 3-5 сут вызываются иногда необходимостью чистки всего газоходного тракта от пыли. В этот же период обычно про' изводят и средний ремонт печи. Работы по очистке от настылей подины и шахты обжиговой печи, стояков, циклонов_, газоходного тракта должны выполняться с со­блюдением правил техники безопасности, предусмотрены специальной инструкцией. Особое внимание следует обращать также на опрессовку систем водяного и испарительного охлаждения, проверку и замену контрольно-измерительных приборов и средств автоматики.

Перед остановкой печи на средний или капитальный ремонт, прежде всего, прекращают подачу кислорода к всасывающему отверстию воздуходувки, одновременно останавливают работу загрузочных устройств. При сни­жении температуры в зоне кипящего слоя до 850° С рас­ход воздуха снижают до минимума (4-6 тыс. м³/ч), а печь отключают от газоходной системы. На этом дутье­вом режиме печь охлаждают в течение двух суток, после чего огарок из печи выгружают через донные отверстия в подине (если таковые имеются) или через кессонные окна и дверки печи.

Пуск печи в работу после ремонта

Несмотря на простоту конструкции печей КС, успеш­ный запуск их в эксплуатацию после проведения сред­него или капитального ремонта, а также вновь построен­ных требует тщательной подготовки и особого внимания обслуживающего персонала во время сушки и разогрева печи.

При подготовке печи к пуску вхолостую производят опробование всех транспортных и загрузочных устройств; проверяют исправность ручного и дистанционного управ­ления дросселей, шиберов, задвижек на воздуховодах, кислородопроводе и газоходном тракте; испытывают световую сигнализацию, установленную на щите, работу питателей, шнеков, вентиляторов, эксгаустеров, транс­портных механизмов; производят контрольную опрессовку всей системы водяного или испарительного охлажде­ния кипящего слоя, стояков; проверяют готовность котла-утилизатора к эксплуатации; открывают задвижки на выброс пара в атмосферу и одновременно подготавлива-^1От к работе мазутную линию (включают подогреватель мазута и прокачивают кольцевую магистраль).

После этого печь ставят па сушку по специальному температурному графику. Сушку можно осуществлять как дровами, так и мазутом или газом, но при этом сопла подины перекрывают специальными листами. После окончания сушки стальные листы удаляют, подину тщательно очищают от золы или нагара, отверстия в соплах прочищают и продувают воздухом.

Наиболее ответственным этапом пуска печи является ее разогрев. Прежде всего печь загружают огарком. Эту операцию можно производить как без дутья, так и под дутьем. Важно при этом, чтобы огарок был определен­ного класса (не имел тонких фракций и не содержал крупных кусков - более 5-10 мм). Такой материал или заготавливают заранее и хранят в кюбелях на складе, или берут с работающих печей КС. Толщина слоя огар­ка па подине печи в спокойном состоянии может состав­лять в зависимости от местных условий 500-700 мм; не­обходимо только, чтобы этот слой обеспечивал упру­гость дутья под подиной 15-16 кПа при расходе воздуха примерно 1000 м³/ч.

Низ печи во время разогрева находится под разреже­нием. Поэтому перед началом разогрева для предотвра­щения подсоса воздуха закрывают плотно все дверки, кессонные окна, течки и другие отверстия в печи, а так­же все люки и дроссели в газоходной системе до и пос­ле эксгаустера. Эти меры необходимы для того, чтобы не охлаждать низ печи и не затягивать период разогрева. Топочные газы в период разогрева сбрасываются в ат­мосферу через свечи или люки стояков, а на ряде пред­приятий - через санитарную трубу. Особое внимание уделяют контролю температуры и давлению газов под сводом печи. Температура не должна превышать 1000° С, давление поддерживают в пределах 20-50 Па.

Разогрев печи и слоя огарка начинают с включения мазутных или газовых форсунок по одной с противопо­ложных сторон печи и направленных на поверхность, слоя огарка, не допуская, однако, попадания на него ма­зута. График подъема температур на каждом предприя­тии устанавливают по-разному. Желательно, чтобы скорость нагрева материала в слое не превышала 100-110° С/ч. Для этого первый час форсунки должны работать на средней мощности, а затем, по достижении температуры под сводом 650-700° С, их переводят на полную мощность, подключают еще одну - две форсунки и начинают более интенсивный прогрев слоя огарка. Не­которые заводы предпочитают для этой цели кратковре­менно (на 2-3 мин) «поднимать» слой во время разогрева через каждый час на дутье 10000-18000 м³/ч, а затемснижать дутье до 6000-9000 м³/ч.

Загрузку концентрата в печь начинают при температуре огарка 500-600° С. При этом используют более сухой,чем обычно, концентрат с влажностью 7-8%. На одних предприятиях в печь вначале подгружают неболь­шие порции концентрата вручную до достижения температуры слоя 600-650° С, а затем пускают в работу загрузочные питатели, на других - разогрева­ют огарок до 600° С и сразу же включают загрузоч­ные устройства.

Принципиальной разницы в этих приемах нет. Необ­ходимо только, чтобы дальнейшее увеличение расхода воздуха, степень обогащения его кислородом и величина загрузки печи шихтой соответствовали установленному графику подъема температуры в кипящем слое. Важно также обеспечить при этом тщательное наблюдение за состоянием «кипения» слоя, которое должно быть рав­номерным по всей площади печи, и своевременно устра­нять шуровками возможные залегания слоя, не допуская образования «козлов».

При температуре в слое 800° С и удовлетворительном его «кипении» форсунки начинают постепенно по одной отключать. Когда температура повысится до 880-900° С, подачу топлива в печь полностью прекращают, включают в работу эксгаустер, открывают дроссели на его выход­ном и входном отверстиях, а также после циклонов и пе­рекрывают сброс газов в атмосферу. Одновременно печь вводят в общую газоотводящую систему и обжиговые газы направляют в сернокислотное производство.

Для определения оптимального питания печи полез­но проверить наличие перегруза ее шихтой. С этой целью на 4-5 мин прекращают подачу шихты. Если при этом температура кипящего слоя начнет снижаться, перегруз­ки печи шихтой нет; если температура не падает, печь перегружена. В первом случае питание печи восстанав­ливается в прежнем размере, во втором - уменьшается до минимума.

В дальнейшем устанавливают заданный технологи­ями режим по количеству и давлению дутья, обога­щению его кислородом, а также соответствующий тем­пературный и тяговый режим в зоне кипящего слоя, под сводом печи, в газоотводящей и пылеулавливающей системе.

При остановках и пусках печей КС описанным спосо­бом неизбежно приходится сбрасывать в атмосферу некоторое количество запыленных газов с низким содержанием SO₂, что вызывает загрязнение воздушного бас­сейна в районе деятельности предприятия.

На Усть -Каменогорском свинцово-цинковом комбина­те освоен новый метод остановок печей КС, сушки и ра­зогрева их без загрязнения окружающей среды вредными выбросами.

Этот метод заключается в следующем. При останов­ках печей, их сушке и разогреве сульфидный материал (цинковый концентрат) постепенно и в полном соответ­ствии с количеством подаваемого дутья и содержанием в нем кислорода заменяется элементарной серой, опре­деленной крупности, исключающей вынос се из зоны ки­пящего слоя. Углеродистое топливо в небольшом количе­стве применяется только для воспламенения серы.

Благодаря тому что температура воспламенения и горения серы значительно ниже, чем у сульфида цинка и сульфидов других металлов, создается возможность практически при самых низких температурах кипящего слоя обеспечивать такое содержание SO₂ в газах, кото­рое в смеси с обжиговыми газами других работающих печей КС удовлетворяет требованиям технологии серно­кислотного производства.

Необходимо отметить, что пуск и остановка печей этим способом возможны лишь по четко разработанно­му и строго соблюдаемому температурному графику, увязанному с количеством дутья и концентрацией в нем кислорода. Учитывая, что собственно разогрев печи за­нимает при этом не более 4 ч, эффективность нового ме­тода с экономической и экологической точек зрения яв­ляется очевидной, и он заслуживает распространения на других цинковых заводах.