Теоретические основы и практическая реализация высокоэффективных энергосберегающих процессов, агрегатов и теплотехнологических систем : На примере производства фосфора

• Автор: Панченко, Сергей Васильевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Смоленск
• Количество страниц: 323 с. : ил

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОЦЕССАХ, АППАРАТАХ, УСТАНОВКАХ И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ И ВОЗМОЖНОСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ ФОСФОРА

1.1. Состояние вопроса в области анализа, процессов,

агрегатов и сложных теплотехнологических систем производства для оценки и реализации

энергосберегающего потенциала.

1.2. Особенности теплотехиологии, процессов и оборудования фосфорного производства.

1.2.1. Характеристика фосфоритного сырья, минералогический и химический состав.

1.2.2. Термическая подготовка фосфоритного сырья, технология и температурное воздействие

1.2.3. Электротермические рудовосстановительные печи фосфорного производства, их

конструктивные особенности и тепловая работа

1.3. Представление структуры сложной системы производства фосфора для автоматизированной
оценки показателей эффективности.
1.4. Результаты промышленных испытаний действующего оборудования фосфорного производства
2. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ФОСФОРИТОВ, ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ТЕПЛОМАССООБМЕНА В ЭЛЕМЕНТАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОИСКА ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЕЧНОГО ПРОДУКТА.
2.1. Обобщенное описание теплофизических свойств фосфоритов
2.1.1. Математические модели для обработки результатов эксперимента по исследованию теплофизических свойств фосфоритов.
2.1.2. Обобщение зависимостей теплофизических и
технологических свойств фосфоритов различного химического и минералогического состава в широком диапазоне температур.
2.2. Моделирование процессов спекания и экспериментальное исследование влияния процессов нагрева на прочность окатышей.
2.2.1. Экспериментальное исследование процессов упрочнения фосфоритовых окатышей при нагреве.
2.2.2. Теоретическое описание физикохимических процессов при термическом воздействии на
окомкованную фосфоритовую мелочь.
2.3. Экспериментальное исследование и математическое моделирование процессов переноса энергии в плотном слое частиц, погруженных в жидкость, барботируемую газообразными продуктами
реакции.
2.4. Образование пыли и газодинамических
неоднородностей при барботировании расплава газами на выходе газа из расплава в слой дисперсных
3. ТЕОРИЯ ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВАННЕ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ РУДОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ И
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИХ ТЕПЛОВОЙ
РАБОТЫ.
3.1. Теория теплового взаимодействия зон фосфорной электротермической рудовосстановительной печи в стационарных условиях для качественного анализа зависимости показателей экономичности, надежности работы элементов печи и качества продукта
3.2. Моделирование нестационарных процессов в фосфорной электротермической РВП и методология построения тренажерного компьютерного комплекса печи для анализа теплового состояния печи и автоматизированного проектирования печных
агрегатов.1
3.3. Экспериментальное и теоретическое исследование движения дисперсных материалов в технологических агрегатах для проверки адекватности модели печи .
3.4. Экспериментальное исследование движения частиц шихты на физической модели
3.5. Физическое и математическое моделирование газодинамики в шихтовом слое для проверки адекватности модели фильтрации печных газов
3.6. Аналитическое решение задач ТМО в объеме рудовосстановительной печи
3.6.1. Математическое описание процессов переноса для детального анализа теплогидравлических режимов ванны печи
3.6.2. Расчет электрических нолей и мощности тепловыделения в реакционной зоне печи
3.6.3. Анализ температурных полей в подэлектродном пространстве коксовой зоне
3.6.4. Распределение концентрации пятиокиси
фосфора в зоне реакции
3.6.5. Плавление дисперсных частиц шихты в расплаве
3.6.6. Описание схода шихты в межэлектродном
пространстве
3.6.7. Решение задачи гидродинамики шихтовой зоны
3.6.8. Теплообмен при охлаждении печных газов
движущимся шихтовым слоем
3.6.9. Теплообмен в самообжигающемся электроде с
учетом спекания
3.6 Условия теплообмена при образовании гарнисажного слоя в ванне.
3.7. Адекватность моделирования теплогидравлики печи
3.8. Анализ теплового состояния печи и итегрированная
среда с дружественным интерфейсом для численной
реализации алгоритмов расчета тепломассонсреноса в ванне печи
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ И ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ АГЛОМЕРАЦИИ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
4.1. Математическое описание процесса агломерации
4.2. Проверка адекватности математической модели теплообмена при агломерации и характеристики компьютерного тренажерного комплекса агломерационной машины.
4.3. Анализ режимов зажигания кокса в горне
агломашины
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБЖИГА ФОСФОРИТОВЫХ ОКАТЫШЕЙ В СЛОЕ.
5.1. Задача тепломассопереноса в плотном слое и
процессы термической подготовки окатышей.
5.2. Проверка адекватности математической модели процесса обжига фосфоритов на колосниковой решетке и характеристики компьютерного тренажерного комплекса обжиговой машины
5.3. Результаты численного анализа физикохимических процессов при обжиге фосфоритного сырья
5.4. Оптимальные и энергосберегающие режимы обжига
6. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ
ТЕПЛОТЕХНОЛОГИИ ФОСФОРА
6.1. Методы анализа и синтеза теплотехнологической системы производства.
6.2. Автоматизированная оценка техникоэкономических показателей и потенциала энергосбережения сложной
теплотехнологической системы производства
фосфора
6.3. Результаты термоэкономического анализа и синтеза энергосберегающей тенлотехнологии фосфора .
6 4. Автоматизация управленческих решений в
производстве.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


В элекгротермической печи при работе на неподготовленной руде протекают реакции дегидратации минералов гидрослюд, каолинитов, гидроксидов и др. Наблюдаются взаимодействия углерода с парами влаги и водорода с фосфором. Сырье, загружаемое в электротермическую печь, должно отвечать технологическим требованиям, быть однородным по гранулометрическому составу, не содержать гигроскопической и химически связанной влаги, карбонатов, органических и летучих вредных примесей . Влажность сырья, кокса и кварцита, загружаемых в РВП, допускается в пределах 1 2,
а физикомеханические показатели товарных фосфоритов определяются нормами технических условий 7. Из результатов термодинамического анализа процессов, протекающих в РВП, следует, что пары воды и диоксида углерода активно окисляют фосфор в зоне твердофазных процессов при температурах 3 К. Эти вредные примеси снижают производительность печи и уменьшают общий выход фосфора на 3 5 , интенсифицируют пыле и шламообразованис, повышают взрывоопасность системы 5, 4. Переработка влажных фосфоритов увеличивает степень выделения фтора за счет образования , что приводит к повышенной кислотности воды, рециркулирующей в ваннах конденсации, увеличению количества шлама, образованию вредных выбросов в атмосферу, возрастанию взрывоопасности системы 9. В настоящее время предварительная подготовка сырья в фосфорном производстве осуществляется в основном по упрощенной схеме и сводится к дроблению, грохочению и сушке 5. Способ термоподготовки сырья кокса и кварцита во вращающихся трубчатых печах сушильных барабанах в режиме сушки получил широкое распространение 9, 6. Сушка сырья фосфорного производства проводится, как правило, во вращающихся барабанных печах, которые характеризуются громоздкостью, энергоемкостью, низким коэффициентом использования тепла, высокой металлоемкостью и стоимостью капитальных затрат на изготовление и строительство, необходимостью большой производственной плошади, истиранием материала, пылевыносом и необходимостью многоступенчатой очистки отходящих газов и др. Для обжига кускового и гранулированного материала широко применяется обжиговая машина ОЦ1 8, 9. Сырье при этом проходит зону сушки, обжига и выдержки. Температура обжига 0С. С. Обожженный фосфорит рассеивается на вибрационном грохоте. Фракция 5 мм поступает в бункеры приготовления шихты, а мелочь мм после размола направляется на чашевый гранулятор, откуда гранулы возвращаются в начало процесса. Опыт ГО Куйбышевфосфор показал, что при удовлетворительном качестве исходного сырья технологическое оборудование обеспечивает работу обжиговых машин в проектном режиме. Так, при производительности по загружаемому сырью тч и расходе природного газа нм ч средняя степень декарбонизации составила, кускового фосфорита , окатышей . Количество образующейся в процессе термообработки мелочи не превышает , при проектной величине 9. Однако промышленная эксплуатация обжиговых машин ОЦ в режиме обжига с достижением проектной производительности затруднена но некоторым причинам. Нестабилен минералогический и химический состав сырья, что связано с необходимостью поддержания соответствующих технологических условий. Повышено количество мелких фракций в исходном фосфорите, вследствие чего возрастание газодинамического сопротивления слоя не позволяет обеспечить необходимый расход теплоносителя по зонам существующего тяго дутьевого оборудования. Определенное влияние на газодинамичский режим оказывают образующаяся в нижних слоях область переувлажнения в зоне сушки и связанное с этим уплотнением слоя 0. Согласно правилам эксплуатации обжиговых машин, материал подвергается обжигу примерно на высоты слоя, а часть его в это время служит защитным слоем для решетки. В результате по высоте слоя создается большой перепад температур. По данным 0, при температуре теплоносителя С максимальное значение температуры в слое на глубине 0 мм не превышает С, а на глубине 0 мм 0С. В результате часть карбонатов не разлагается. Обжиговая машина громоздка и сложна по конструкции, что создает большие трудности при ее герметизации.