УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КАРБИДА КАЛЬЦИЯ

Техническое решение относится к химической промышленности, в частности к производству карбида кальция, и может быть применено для получения карбида кальция, используемого при получении ацетилена.
Известно устройство для получения сырья для производства карбида кальция из коксозольного остатка термической переработки окисленных бурых углей с содержанием окиси кальция в коксозольном остатке 47,5%, а углерода 35,4% из способа получения карбида кальция путем высокотемпературной плавки его в присутствии карбоната кальция до 28,3% в виде известняка от массы шихты (патент РФ №2129093, МПК С01В 31/32, 1999). Недостатком этого устройства является необходимость использования карбоната кальция для коррекции состава шихты, что удорожает процесс.
Известно устройство для получения сырья для производства карбида кальция, содержащее двухвальный смеситель, соединенный с бункерами полукокса и извести с дозаторами, и систему охлаждения полукокса газами полукоксования, содержащими двуокись углерода (авторское свидетельство СССР №276925, МПК С01В 31/32, 1970). Недостатком является низкая производительность установки из-за длительного охлаждения полукокса.
Известно также устройство для получения сырья для производства карбида кальция, содержащее бункер полукокса с системой термической переработки окисленных бурых углей, подключенной к бункеру полукокса, состоящей из вертикального цилиндрического пылеконцентратора, имеющего аксиальный и тангенциальные верхний и нижний входные патрубки, сбросную трубу и тангенциальные патрубки отвода концентрированной смеси, разделенного поперечной перегородкой на верхнюю и нижнюю секции, сообщающиеся перепускной трубой, на торцах которой установлены верхний и нижний реверсивные лопаточные завихрители, между которыми размещены указанные входные патрубки, соединенные пыледелителем с шибером через пылепровод с бункером пыли, а во входном аксиальном патрубке размешены запальная мазутная форсунка и воздушное сопло, при этом один из патрубков отвода концентрированной смеси пылеконцентратора подсоединен к указанному бункеру полукокса (патент РФ №2088851, МПК F23K 1/00, 1997)
Недостатком известного устройства является малая производительность, низкая температура и малая глубина полукоксования, не обеспечивающие оптимального стехиометрического соотношения компонентов шихты при производстве карбида кальция.
В основу заявляемого решения положена задача увеличения производительности, температуры и глубины полукоксования для обеспечения оптимального стехиометрического соотношения компонентов шихты при производстве карбида кальция.
Задача решается тем, что в устройстве для получения сырья для производства карбида кальция, содержащем двухвальный смеситель, соединенный с бункерами полукокса и извести с дозаторами, и систему охлаждения полукокса газами полукоксования, а также вертикальный цилиндрический пылеконцентратор для термической переработки окисленных бурых углей, подключенный к указанному бункеру полукокса, имеющий аксиальный и тангенциальные верхний и нижний входные патрубки, сбросную трубу и тангенциальные патрубки отвода концентрированной смеси, разделенный поперечной перегородкой на верхнюю и нижнюю секции, сообщающиеся перепускной трубой, на торцах которой установлены верхний и нижний реверсивные лопаточные завихрители, между которыми размещены верхние и нижние входные патрубки, соединенные пыледелителем с шибером через пылепровод с бункером пыли, а во входном аксиальном патрубке расположены запальная мазутная форсунка и воздушное сопло, при этом патрубки отвода концентрированной смеси пылеконцентратора подсоединены к бункеру полукокса, и дополнительные завихрители, согласно изобретению, дополнительные завихрители установлены вместе с входными патрубками в нижней секции пылеконцентратора между нижним торцевым лопаточным завихрителем и поперечной перегородкой с наклоном лопаток в ту же сторону, что и у лопаток нижнего торцевого реверсивного завихрителя, с шагом между завихрителями, равным высоте поперечного сечения пылевого факела нижних входных тангенциальных патрубков, причем перепускная труба перфорирована отверстиями, размещенными между завихрителями, и у поперечной перегородки, выполненными в половине корпуса пылеконцентратора, свободной от входных патрубков, а выходной участок перепускной трубы размещен внутри сбросной трубы пылеконцентратора, с образованием кольцевого зазора между ними, и подсоединен к бункеру извести, при этом один из патрубков отвода концентрированной смеси установлен под поперечной перегородкой.
На чертеже изображено предлагаемое устройство для получения сырья для производства карбида кальция, которое содержит двухвальный смеситель 1, соединенный с бункерами 2 полукокса и 3 извести с дозаторами 4 и 5 соответственно, и систему охлаждения полукокса газами полукоксования, а также вертикальный цилиндрический пылеконцентратор 6 для получения полукокса, имеющий аксиальный 7 и тангенциальные верхний 8 и нижний 9 входные патрубки, сбросную трубу 10, а также тангенциальные патрубки 11 и 12 отвода концентрированной смеси. Пылеконцентратор 6 разделен поперечной перегородкой 13 на верхнюю 14 и нижнюю 15 секции, сообщающиеся между собой перепускной трубой 16, на торцах которой установлены верхний 17 и нижний 18 торцевые реверсивные лопаточные завихрители. Указанные тангенциальные верхний и нижний входные патрубки 8 и 9 выполнены соответственно меньшего и большего диаметров, установлены между завихрителями друг под другом и соединены пыледелителем 19 с шибером 20 через пылепровод 21 с бункером 22 пыли с питателем 23. А во входном аксиальном патрубке 7 установлены запальная мазутная форсунка 24 и воздушное сопло 25, при этом патрубки 11 и 12 отвода концентрированной смеси пылеконцентратора 6 выполнены тангенциальными и соединены с бункером полукокса 2 через циклон 26. Патрубок 11 отвода концентрированной смеси расположен на корпусе пылеконцентратора 6 под поперечной перегородкой 13. Дополнительные завихрители 27 и 28 установлены вместе с входными патрубками 8 и 9 в нижней секции 15 пылеконцентратора 6, между нижним торцевым лопаточным завихрителем 18 и поперечной перегородкой 13 с наклоном лопаток в ту же сторону, что и у лопаток нижнего торцевого реверсивного завихрителя,18. Лопатки в завихрителях установлены внахлест с малым углом наклона и узкими щелями между лопатками. Завихритель 28 может иметь наклон лопаток в противоположную сторону для предотвращения попадания крупной непрококсованной пыли в патрубок 11 отвода концентрированной смеси. Шаг между завихрителями нижней секции 15 пылеконцентратора равен высоте поперечного сечения пылевых факелов нижних входных тангенциальных патрубков 9. Перепускная труба 16 перфорирована отверстиями 29, расположенными между завихрителями, и у поперечной перегородки 13, выполненными в половине корпуса пылеконцентратора 6, свободной от входных патрубков 8 и 9. Выходной участок 30 перепускной трубы 16 размещен внутри сбросной трубы 10 пылеконцентратора с образованием кольцевого зазора 31 между ними и подсоединен к бункеру 3 извести через циклон 32, сбросной патрубок 33 которого подсоединен на «всас» вентилятора 34, напорный патрубок которого подключен к эжектору 35, одновременно соединенному через шибер 36 с источником 37 горячего воздуха. Сбросная труба 10 пылеконцентратора подсоединена к циклону 38, соединенному с бункером 2 полукокса с дозатором 4. Входные тангенциальные патрубки (не обозначены) циклонов 26, 32 и 38 соединены с патрубками 39 подачи охлажденных газов полукоксования, содержащих двуокись углерода. Устройство может содержать также дополнительный растопочный бункер 40 полукокса с питателем 41, соединенным с эжектором 42, подключенным к напорному патрубку вентилятора 43, соединенного со сбросным патрубком 44 циклона 26. Пассивное сопло эжектора 42 подключено к аксиальному входному патрубку 7 пылеконцентратора. Пылепровод 21 содержит шибер 45, а двухвальный смеситель 1 - бункер 46 готовой шихты для получения карбида кальция с дозатором 47. Между входным патрубком 7 и перепускной трубой 16 имеется кольцевой зазор 48 для прохода газов. Патрубки 49 отбора газов полукоксования из сбросных патрубков 33 и 44 циклонов 32 и 26 через охладитель 50 соединены с тангенциальными патрубками 39 подачи газов полукоксования на входные патрубки (не обозначены) циклонов 26,32 и 38 для охлаждения шихты. Корпус пылеконцентратора 6 и перепускная труба 16 могут быть выполнены в виде муфелей, а завихрители - из легированной стали.
Заявляемое устройство работает следующим образом. При открытом шибере 45 и закрытом шибере 36 включаются вентиляторы 34 и 43, и продувается все устройство. Затем включается растопочная мазутная форсунка 24 и прогревается муфель перепускной трубы 16. После этого, из растопочного бункера 40, в растопочном режиме питателем 41, с помощью эжектора 42, подается во входной аксиальный патрубок 7 полукокс, который вспыхивает при соприкосновении с факелом растопочной мазутной форсунки 24 и выгорает в муфеле перепускной трубы 16. После прогрева муфеля перепускной трубы 16, шибер 45 закрывается, а шибер 36 открывается, и подается пыль высокой концентрации с первичным воздухом из бункера 22 питателем 23 с помощью эжектора 35, работающего от источника 36 горячего воздуха и от газов полукоксования, подаваемых с помощью вентилятора 34, в верхнюю секцию 14 пылеконцентратора 6. При этом шибером 20 перекрывается подача пыли в нижний тангенциальный входной патрубок 9 верхней секции 14 пылеконцентратора. Пыль из верхнего входного патрубка 8, соприкасаясь с раскаленным муфелем перепускной трубы 16, за счет первичного воздуха вспыхивает и коксуется. Реверсивный завихритель 17 препятствует проскоку крупной непрококсованной пыли через кольцевой зазор 48 в перепускную трубу 16, в результате чего в перепускную трубу поступает мелкодисперсный полукокс с развитой поверхностью горения, а газовый балласт удаляется через отверстие 29 в перепускной трубе 16, над поперечной перегородкой 13, а также через кольцевой зазор 48, проходя между лопатками завихрителя 17 в обратном вращению пыли направлении. Затем шибером 20 открывается вход в нижний входной патрубок 9, и увеличивается количество пыли с помощью питателя 23, подаваемой через патрубки 8 и 9 в верхнюю секцию 14 пылеконцентратора. После стабилизации горения в верхней секции 14 пылеконцентратора и перепускной трубе 16, открывается шибер 45, и добавляются обороты питателя 23, а пыль поступает во входные патрубки 9 нижней секции 15 пылеконцентратора при закрытых шиберами 20 верхних патрубках 8 нижней секции 15 пылеконцентратора. Пыль, поступающая в нижнюю секцию пылеконцентратора коксуется за счет первичного воздуха, в котором выгорают низкокалорийные продукты термической деструкции угля, а коксовая основа остается и через реверсивные завихрители 18 и 28, препятствующие выносу непрококсованной пыли, полукокс поступает в патрубки 11 и 12 отвода концентрированной смеси, и далее через циклон 26 в бункер 2 полукокса. Одновременно с полукоксом во входной патрубок циклона 26 из патрубка 39 поступают через охладитель 50 холодные газы полукоксования, отбираемые из сбросных труб 33 и 44 после вентиляторов 34 и 43, которые обеспечивают охлаждение полукокса и его насыщение двуокисью углерода при вращении полукокса в циклонах 26,32 и 38. Непрерывный процесс не требует дополнительного времени охлаждения, что повышает производительность устройства. После выхода устройства на нормальный режим работы, отключаются питатель 41 полукокса от растопочного бункера 40 и растопочная мазутная форсунка 24. Полукоксование в нижней секции пылеконцентратора ведется через раскаленную перепускную трубу 16. за счет дополнительного топлива, подаваемого в верхнюю секцию пылеконцентратора. что повышает процент углерода в полукоксе, собираемом в бункере 2. Это обеспечивает оптимальное стехиометрическое соотношение компонентов шихты. При подаче пыли в верхние входные патрубки 8, путем открытия их шибером 20, пылевой факел, выходящий из этих патрубков, срезается встречными торцами лопаток верхних завихрителей 27, так как шаг установки завихрителей в нижней секции равен высоте поперечного сечения пылевых факелов нижних входных патрубков 9, а пылевой факел от входных патрубков 8 превышает это расстояние между завихрителями, и пыль будет уходить вверх между лопаток завихрителей, препятствуя провалу топлива вниз, что увеличивает время коксования. При коксовании пыли в верхней и нижней секциях 14 и 15 пылеконцентратора, летучая зола и газы полукоксования будут уходить через отверстия 29 в циклон 32, где летучая зола, содержащая окись кальция, будет оставаться в бункере 3,а газы, после охлаждения присадкой холодных газов из патрубка 39, будут уходить через вентилятор 34 на эжектор 35 для подачи пыли на коксование. Часть газов через патрубок 49 отбора будет возвращаться на вход циклона 32 после охлаждения их в охладителе 50. Газы содержат значительный процент двуокиси углерода, что увеличивает выход карбида кальция. Из бункеров 2 и 3 берутся навески на анализ содержания углерода и кальция, в соответствии с которым производится дозирование компонентов шихты через дозаторы 4 и 5 в двухвалковый смеситель 1, после которого готовая шихта поступает в бункер 46 с дозатором 47, из которого дозируется в расплав карбида кальция в печи получения карбида кальция. Если бы полукокс в предлагаемом устройстве получался не за счет сгорания дополнительного топлива в виде мелкодисперсного полукокса, подаваемого через кольцевой зазор 48 в муфель перепускной трубы 16, а за счет выгорания самой пыли, подаваемой на коксование, при подаче дополнительного воздуха, то процент углерода в полукоксе был бы меньше, и мог бы не обеспечить оптимального соотношения компонентов при подготовке шихты в двухвалковом смесителе 1. В предлагаемом устройстве коксование пыли в нижней секции 15 пылеконцентратора 6 производится за счет первичного воздуха, в котором выгорает часть пыли, обеспечивая коксование остающейся части пыли, а также за счет прогрева пыли через раскаленную стенку муфеля перепускной трубы 16. Это увеличивает процент углерода в шихте.
Установка дополнительных завихрителей вместе с входными патрубками в нижней секции пылеконцентратора, между нижним торцевым лопаточным завихрителем и поперечной перегородкой, с наклоном лопаток в ту же сторону, что и у лопаток нижнего торцевого реверсивного завихрителя, с шагом между завихрителями, равным высоте поперечного сечения пылевых факелов нижних входных тангенциальных патрубков, позволяет обеспечить, при подаче пыли одновременно в нижние и верхние входные патрубки нижней секции пылеконцентратора, подъем пыли в пылеконцентраторе снизу-вверх, за счет срезания верхней части факелов от верхних входных патрубков встречными торцами лопаток верхних завихрителей, что препятствует провалу топлива вниз, и, следовательно, повышается глубина полукоксования.
Перфорирование перепускной трубы отверстиями, размещенными между завихрителями, и у поперечной перегородки, позволяет постоянно выводить газовый балласт в перепускную трубу с последующим его дожиганием в ней, обеспечивая этим отделение образующегося полукокса от газового балласта, что увеличивает производительность и температуру полукоксования, так как вместо удаленного газа, в пространство между завихрителями может подаваться дополнительное количество пыли высокой концентрации с первичным воздухом.
Перфорирование перепускной трубы отверстиями, размещенными у поперечной перегородки, позволяет избавиться от летучей золы в верхней секции пылеконцентратора, через отверстие над поперечной перегородкой, и от газового балласта в верхней части нижней секции пылеконцентратора, через отверстие под поперечной перегородкой, что увеличивает концентрацию пыли в патрубке отвода концентрированной смеси, расположенном под перегородкой.
Выполнение перфорирования перепускной трубы в половине пылеконцентратора, свободной от входных патрубков, позволяет исключить попадание крупной непрококсованной пыли в указанные отверстия, так как в половине пылекоцентратора, свободной от входных патрубков, пыль будет отжиматься к стенке пылеконцентратора центробежными силами, и не будет попадать в отверстия.
Размещение выходного участка перепускной трубы внутри сбросной трубы пылеконцентратора, с образованием кольцевого зазора между ними, и подсоединение его к бункеру извести, позволяет пополнять бункер извести зольным остатком термической переработки окисленных углей, в котором содержится до половины окиси кальция [1], что удешевляет процесс за счет исключения применения карбоната кальция.
Размещение одного из патрубков отвода концентрированной смеси под поперечной перегородкой пылеконцентратора, позволяет отбирать полукокс, при транспорте пыли снизу-вверх в пылеконцентраторе, с верхней части нижней секции пылеконцентратора, что увеличивает производительность установки.
Таким образом, достигается решение поставленной задачи. Т.е. предлагаемое устройство позволяет увеличить производительность за счет установки дополнительных завихрителей и входных патрубков, повысить температуру полукоксования за счет подачи полукокса в перепускную трубу и глубину полукоксования за счет подъема пыли снизу-вверх в нижней секции 15 пылеконцентратора, при обеспечении оптимального стехиометрического соотношения компонентов шихты для производства карбида кальция.