В Советском Союзе получили распространение печи с нижней подачей колчедана в печь.
Печь представляет собой железный цилиндрический резервуар с нижним коническим основанием, футерованный внутри огнеупорным кирпичом или жаропрочным бетоном.
Флотационный колчедан в смеси с воздухом вдувается в печь с помощью форсунки, установленной в печах с верхней подачей в крышке, а в печах с нижней подачей — в нижнем конусе.
Для защиты верхнего свода от действия высокой температуры и снижения температуры газов у печей с нижней подачей колчедана верхнюю крышку изнутри экранируют стальными трубками, в которых циркулирует вода (5 м3 на 1 т колчедана). Выход газов из печи производится через боковой штуцер, расположенный внизу под углом к вертикальной оси печи. Газ из печи поступает в пыльник для очистки его от крупной пыли.
Запыленность газа на выходе из пыльника составляет 100 г/нм3.Требуемое давление воздуха при нижней подаче не ниже 600 мм вод. ст., при верхней подаче 100–150 мм вод. ст. Скорость в пневмолинии не менее 20 м/сек, при выходе из форсунки 27–35 м/сек.
Частицы колчедана, вдуваемые в печь снизу, под действием сильной струи воздуха поднимаются вверх, а затем медленно падают вниз. Двойной путь движения колчедана способствует более полному выгоранию серы. В связи с высокой температурой огарков их необходимо охлаждать. Охлаждение осуществляется в футерованном барабане, орошаемом водой.
Ввод вторичного воздуха у печей с нижней подачей колчедана производится в верхнюю часть печи, при верхней подаче — в нижнюю часть. Отношение объема первичного воздуха подаваемого в форсунку, к вторичному 1:0,4.
Влажность колчедана, сжигаемого в таких печах, должна быть не более 4 %. В случае повышенной влажности его необходимо подсушивать в специальной сушильной установке.
Интенсивность печей для обжига флотационного колчедана во взвешенном состоянии составляет 600–100 кг колчедана на 1 м3 объема печи в сутки. Для увеличения производительности печь может быть снабжена боковыми экранами.
Нормальный режим работы печи определяют следующие параметры:
Влажность колчедана, % ……………… 1,5–3
Интенсивность печи, кг/м3 сутки ……………… 500
Концентрация SO2 в газе, % ……………… 11–11,5
Температура газа на выходе из печи, °С ……………… 850
Разрежение в печи, мм рт. ст. ……………… 0–4
Содержание серы в огарке, % ……………… 0,9–1,9
Преимущества данных печей по сравнению с ранее рассмотренными следующие:
1. Более высокая производительность на единицу объема (превышает по производительности полочную в 2.5–3 раза).
2. Тепло газов может быть использовано в котлах-утилизаторах для получения пара (съем пара 0,5 кг на 1 кг колчедана).
3. Просты по конструкции, компактны, не содержат вращающихся частей.
4. Легко поддаются регулировке; контроль и управление режимом могут быть автоматизированы.
5. Незначительное содержание в газе SO2.
К недостаткам печей пылевидного обжига колчедана можно отнести следующие:
1. На качество работы этих печей сильно влияет степень распыления колчедана по всему сечению печи. Для равномерного распыления необходимы сушка и отсев колчедана перед подачей его в печь, что усложняет и удорожает систему получения SO2 (приводит к потерям колчедана до 4 % от общего его расхода и вызывает дополнительные расходы на оборудование, топливо и рабочую силу).
2. Печи пылевидного обжига очень чувствительны к изменениям загрузки и тяги, что вызывает колебания концентрации SO2 в отходящих газах.
3. Пылеунос этих печей велик и при интенсивности обжига 800–1000 кг/м3 сутки составляет 60–70 %, что очень усложняет очистку газа от пыли.
4. Недожог серы в огарке достигает 2,5 %.
Печи для обжига колчедана в кипящем слое. В печах для обжига в кипящем слое горение колчедана происходят при продувании через него воздуха, который обволакивает отдельные частицы материала и приводит их в движение, создавая тем самым по внешнему виду процесс, напоминающий кипение. Этот способ обжига колчедана наиболее прогрессивен. В результате хорошего контакта частичек колчедана высокая концентрация SO2 в газе (до 15 %) и происходит более полное выгорание серы из колчедана. Содержание серы в огарке составляет 0,5–1,5 %. В печах кипящего слоя, в отличие от печей пылевидного обжига, может обжигаться как флотационный, так и дробленый колчедан. Высокая интенсивность обжига в печах кипящего слоя дает возможность получить достаточно крепкий газ из малосернистых видов колчедана.
В зарубежной практике печи для сжигания колчедана в кипящем слое используются довольно широко. Корпус печей изготовляется круглым (печи Лурги) или прямоугольным, скомпонованным с котлом-утилизатором (печи фирмы Альстрем). Печи, выпускаемые компанией Дорр, применяются для флотационного колчедана, который подается в печь в виде пульпы с содержанием воды 20–25 %.
В Советском Союзе печи для сжигания колчедана в кипящем слое находят широкое применение в химической промышленности (сернокислотные заводы), а также на цинковых и медеплавильных заводах. В целлюлозно-бумажной промышленности печь для обжига колчедана в кипящем слое работает на Калининградском ЦБК № 1, проектируется установка печи конструкции Гипрохим на Камском ЦБК и печи конструкции НИИХИММаш — на Балахнинском ЦБК.
В химической промышленности существуют два типа печей печь для сжигания колчедана с постоянным сечением кипящего слоя (печи конструкции Гипрохим типа КС) и печь для сжигания колчедана в расширяющемся кипящем слое (печи конструкции ЛенНИИХИММаш типа УРКС). Основное их отличие в форме образующегося кипящего слоя: в печах типа КС сечение кипящего слоя постоянно, в печах типа УРКС форма кипящего слоя конусообразно-кольцевая, расширяющаяся кверху. Площадь воздухораспределительного пода в печах УРКС в 6–7 раз меньше площади верхнего основания. Такое соотношение площадей дает возможность создавать большие скорости воздуха в нижней части кипящего слоя.
Большая скорость воздуха на поде вызывает энергично кипение, предупреждающее скопление на нем крупных частиц, а небольшая скорость газов на выходе из кипящего слоя способствует малому пылеуносу. Если в печах типа КС при обжиге флотационного колчедана пылеунос может доходить до 100 %, в печах типа УРКС пылеунос составляет 26–30 %. Скорость газов на выходе из кипящего слоя в печи с постоянным сечением примерно в 8 раз больше, чем в печи УРКС.
Второй отличительной чертой печи УРКС по сравнению с печью типа КС и другими конструкциями печей кипящего слоя является тангенциальная подача вторичного воздуха из сопла с большой выходной скоростью (50–60 м/сек). Благодаря этому в шахте печи образуется турбулентный вращающийся поток, который обеспечивает хорошее перемешивание продуктов горения кипящего слоя с воздухом и полное выгорание серы.
Благодаря большой скорости воздуха под кипящим слоем и малой скорости на выходе из кипящего слоя печь типа УРКС применима как для обжига дробленого, так и флотационного колчедана. Печь работает устойчиво при колебаниях нагрузки в пределах 25 % от расчетной производительности в ту или иную сторону.
НИИХИММаш разработал четыре типоразмера печей типа УРКС с производительностью 60, 100, 140, и 200 т/сутки.
Колчеданные печи типа типа УРКС (рис. 11) имеют цилиндрическую форму. Стенки печей выложены из шамотного кирпича с тепловой изоляцией из легковеса и диатомитовой засыпки между кладкой и кожухом. Свод печи может быть выполнен в двух вариантах: плоский из жароупорного бетона со стальным каркасом или сферический из шамотного кирпича.
Нижняя часть печей высотой около 1000 мм (высота кипящего слоя) выполнена в виде усеченного конуса. Нижнее основание конуса представляет собой под, выполненный в виде плиты из жароупорного бетона толщиной 200 мм, с гнездами для установки сопел подачи первичного воздуха. На поду установлены концентрические кольцевые насадки с треугольным сечением, изготовленные из жароупорного чугуна или бетона. В центре пола печи установлен сварной конус диаметром 1860 мм и высотой 1452 мм, с водяной рубашкой.
Кольцевые насадки вместе с центральным конусом и стенками печи образуют расширяющиеся кверху концентрические каналы.
Литые чугунные сопла с внутренним диаметром 35 мм и толщиной стенки 8,5 мм вставляются снизу в предназначенные для них гнезда и закрепляются клиньями. В боковых стенках сопла имеется семь отверстий диаметром 5 мм для выхода воздуха.
Под подом печи расположена кольцевая воздушная камера высотой около 1800 мм. Воздух подается в камеру тангенциально, по двум трубам, направленным под углом 30° к радиусу камеры.
В шахте печи на высоте 1,5 м над уровнем кипящего слоя под утлом 10° к радиусу установлены четыре сопла для подачи вторичного воздуха. Воздух поступает в сопла из кольцевого коллектора.
