Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Применение поворотной арматуры в металлургии»

Задачами, которыми могут решить регулирующие клапаны при установке взамен регуляторов может быть уменьшение степени неравномерности действий (для регуляторов они составляют до 20% даже для диам. 50-80мм) при пороге чувствительности 0,03-0,05МПа.

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩАЯ АРМАТУРА

В энергетике и металлургии существует ряд контуров, где при нарушении нормального хода технологического процесса требуется быстро отключить подачу среды. Основной проблемой является необходимость выполнения жестких требований, как правило, нормируемых надзорными организациями по скорости закрытия – открытия затвора. В частности, для многих узлов быстрой и аварийной отсечки нормируются значения времени открытия-закрытия от 0,5 до 1-2 сек. К ним относятся, например, клапаны быстрой отсечки турбин, байпаса, антипомпажа, защиты в горелочном оборудовании, участки аварийной отсечки и вентилирования. В состав защитной арматуры могут входить поворотные отсечные клапаны. Ими являются, как правило, поворотные заслонки с пневмо и электроприводом. Они успешно заменяют собой отсечные клапаны с линейным движением штока с мембранным исполнительным механизмом. Основной причиной является значительно меньший ход штока при повороте по сравнению со значительной длиной хода штока при закрытии, например, при помощи задвижки или вентиля.

2.2. Критические контуры регулирования на примере ТЭС металлургического производства

Понимание, того, что не все контуры одинаковы, является важным для понимания важности замены одних клапанов более совершенными в первую очередь. Критическими контурами регулирования назовем контуры, где соотношение параметров на входе к параметру на выходе превышает критическое отношение. Небольшая погрешность регулирования на входе приводит к недопустимому превышению допусков по параметру на выходе. Рассмотрим основные контуры регулирования на примере ТЭС.

Цель работы ТЭС – отпуск теплового агента в виде пара или горячей воды с определенным параметрами расхода, температуры и обеспечение тепловодяного баланса. Дополнительными требованиями являются само качество воды, степень ее жесткости и насыщенность неконденсирующимися газами.

В работе ТЭС возникает множество возмущающих воздействий, от изменения погодных условий при работе на обогрев, до особенностей изменения работы теплопотребляющих агрегатов. Основными показателями, характеризующими технологический режим ТЭС, являются температура Т, напор Н и расход Q теплового агента. Основным оборудованием с точки зрения регулирования являются:

– котлы, иногда их может быть несколько, работающих параллельно,

– сетевые насосы, обеспечивающие циркуляцию теплового агента,

– рециркуляционные насосы в линии рециркуляции воды от выхода с котлов на их вход,

– регулирующий клапан линии перепуска, подающий воду с выхода сетевых насосов непосредственно в напорный трубопровод с предварительным смешиванием с горячей водой после котлов,

– регулирующий клапан линии рециркуляции,

– насос подпитки в линии подпитки, обеспечивающий стабильное давление в обратном трубопроводе путем восполнения потерь теплового агента за счет подачи деаэрированной воды.

–дополнительными контурами являются контуры химводоочистки и водоподготовки, деаэрирования, подачи реагентов, удаления стоков, золоудаления, мазута и др.

Основных задач регулирования – две. Это регулирование выходных параметров пара и воды для потребителей и регулирование собственного тепловодяного баланса ТЭС. Для решения первой задачи регулируются выходные параметры – Твых, Нвых, Qвых, в обратном трубопроводе Тобр, Нобр, Qобр. Для решения второй задачи регулирования и обеспечения тепловодяного баланса регулируют следующие параметры:

Qк – расход воды через включенные котлы, что обеспечивает допустимый диапазон расходов через них.

Твх – температуру воды на входе в котлы с целью предотвращения образования конденсата на наружных поверхностях водяных труб внутри топок, так как конденсат является агрессивным.

Нобр – давление воды в обратном трубопроводе.

Структура контура регулирования может зависеть как от структуры самого объекта, так и от требований, предъявляемых к быстродействию в переходных и точности в статических режимах.

В тоже время технологическую схему ТЭС можно представить в виде взаимосвязанных локальных контуров регулирования, где объект регулирования представляется апериодическим звеном со значительной нелинейностью и большими постоянными времени. Выделим основные контуры регулирования ТЭС:

1. Контур регулирования температуры в напорном трубопроводе ТЭС

Включает в себя котел, коэффициент передачи которого по нагреву и постоянным времени являются переменными величинами, поскольку при разном числе параллельно работающих котлов температура в общем выходном коллекторе котлов Тк изменяется не пропорционально управляющему воздействию. Например, при одном котле ПТВМ 50 включение одной горелки увеличивает Тк примерно на 4^оС с общим времени регулирования 4-5 мин, а при двух котлах – на значительно меньшее значение за счет большего суммарного расхода воды в общем коллекторе.

Результирующая температура воды в сети Тс зависит от долевых значений расходов воды после котла Тк и обратной воды Тобр. Дополнительно учитывается функция смешения потоков воды, определяющая изменение температуры на разнице температур в обратном трубопроводе. В общем случае, она должна отражать также колебательность в упругой среде. Для датчика температуры главным фактором служит его собственная постоянная времени Тдат, составляющая до 10 сек.

Нагрузка ТЭС от теплопотребляющих агрегатов может быть описана передаточной функцией охлаждения теплового агента. Она также нелинейна, если за возмущающее воздействие принять изменение температуры в теплопотребляющем агрегате и расход теплового агента, зависящий как от Тнагр и расхода. Постоянную времени охлаждения Тохл можно ориентировочно принимать 10-40 мин, но в каждом конкретном случае она зависит от протяженности и конфигурации теплопотребления и расхода теплового агента.

2. Контур регулирования напора на выходе с ТЭС

Контур регулирования напора Нвых можно представить в виде двух апериодических звеньев – сетевого насоса и гидравлических сопротивлений котлов и параллельной им линии перепуска. Обе передаточные функции будут нелинейны. Функции содержат квадратичную зависимость напора от частоты вращения. Постоянная времени Т определяется технологическими требованиями из условия плавного регулирования, ее значение составляет до 5 сек. Функция гидросопротивления нелинейна вследствие изменяющегося сопротивления в зависимости от угла открытия клапана линии перепуска. Динамические процессы узла смешения характеризуются очень малыми постоянными времени сжатия жидкой среды и по сравнению с другими показателями регулирования при синтезе регуляторов ими можно пренебречь, т.е. считать функцию пропорциональной.

3. Контур регулирования давления в обратном трубопроводе

Контур предназначен для восполнения утечек теплового агента (подпитки сети). Его передаточная функция по управляющему воздействию нелинейна по той же причине, что и для сетевого насоса – вследствие квадратичной взаимозависимости напора и частоты вращения электропривода. Коэффициент передачи Кобр также зависит от температуры, влияющей на давление в замкнутом трубопроводе с постоянным объемом воды. Возмущающим воздействием на Нобр является также давление в напорном трубопроводе Н. В стационарном режиме внешние возмущающие воздействия приводят к медленным процессам изменения давления, длительность которых измеряется минутами.

4. Контур регулирования температуры воды на входе в котлы

Передаточные функции этого контура отражают гидравлические процессы в узле соединения трубопроводов. Расход в линии рециркуляции Qрец и разность напоров Нрец и Нс связаны нелинейной функцией Фгидр, содержащей изменяющееся общее гидравлическое сопротивление параллельно включаемых котлов. В общем случае эта функция – колебательная с быстрым затуханием процесса.

Температура воды на входе в котлы Твх является функцией смешения двух потоков жидкости с разной температурой. Функция смешения одновременно зависит и от объемов потоков и от изменяющихся независимо одна от другой их температур Тк и Тобр, что свидетельствует о неопределенной нелинейности. Как в случае измерения температуры сетевой воды, постоянной времени, наиболее влияющей на процесс регулирования, является постоянная датчика температуры, составляющая примерно 10 сек.

Исполнительным механизмом служит рециркуляционный насос с регулирующим клапаном (или регулируемым электроприводом) и являющийся апериодическим звеном с постоянной времени примерно 3-5 сек, устанавливаемой преднамеренно для исключения резких изменений суммы расходов Q.

5. Контур регулирования расхода воды через котлы

Контур включает в себя регулирующий клапан с нелинейной функцией, определяющей расход в зависимости от угла открытия и перепада давления на его входе и выходе, определяемой из паспортных характеристик, а также функцией интегрирования угла открытия по управляющему воздействию. Как правило, длительность полного открытия клапана составляет примерно 63 сек, т.е. постоянная времени составляет примерно 20 сек. Именно эта постоянная является определяющей и учитывается при построении системы регулирования. Для обеспечения устойчивости и исключения колебательности внешнего контура необходимо встраивать внутренний контур регулирования угла открытия клапана со своей передаточной функцией Фрег.

Из анализа следует, что все объекты локальных контуров связаны между собой и являются нелинейными, а постоянные времени передаточных функций некоторых из них определяются собственными постоянными времени исполнительных механизмов.

Зачастую трудно определить прямые показатели состояния теплопотребляющих объектов, пригодных для задачи регулирования выходных показателей регулирования ТЭС. Тем не менее, можно принять, что наиболее приемлемым способом регулирования будет упреждающее изменение выходных показателей ТЭС.

Обычно для регулирования применяют изменение числа включенных горелок, котлов, сетевых насосов. Вследствие нелинейности объекта регулирования и значительных постоянных времени апериодических звеньев такой способ не практике реализуется с помощью режимных карт и температурных графиков, составленных на основе опыта многолетней эксплуатации.

6. Контур регулирования температуры сетевой воды

При построении САУ температуры сетевой воды используется проверенный практикой способ управления – задание на температуру формируется по основному возмущающему воздействию Твозм и линеаризованному температурному графику, заложенному в АСУ ТП.

7. Контур регулирования давления воды в напорном трубопроводе

Контур предназначен для стабилизации напора Нс независимо от расхода в теплопотребляющем агрегате, температуры или других характеристик. При этом необходима стабилизация перепада давления в напорном и обратном трубопроводе, но давление в обратном трубопроводе стабилизируется самостоятельным контуром регулирования, поэтому, с целью исключения колебательности, целесообразно осуществлять регулирование по величине Нс.

В процессе работы ТЭС формируется практически стационарный процесс с медленно изменяющимися характеристиками, поэтому требование быстродействия пока не учитывается (за исключением устройств аварийной отсечки). Инструкциями по эксплуатации рекомендуется плавное, пошаговое воздействие на регулируемые показатели с визуальным контролем результатов. Это обусловлено как динамическими качествами запорно-регулирующей арматуры, полное время изменения состояния которой по критерию «открыто -закрыто» составляет десятки секунд, так и порядком ввода в работу насосного оборудования – пуск на закрытую задвижку и последующее ее открытие. К контурам и системе регулирования в целом дополнительно предъявляются следующие требования:

– Отработка управляющих и возмущающих воздействий без перерегулирования и отсутствия колебаний или при быстром их затухании.

– Окончание колебательного процесса с установлением новых заданных показателей за время, удобное для визуального контроля (до 5 мин).

В этих условиях передаточной функцией обычно выбирают для регуляторов всех контуров регулирования пропорционально – интегрирующее или интегрирующее звено, с предпочтением интегрирующему звену, поскольку нет необходимости в компенсации постоянных времени объекта регулирования. Регулирование без статической ошибки является важным условием функционирования теплопотребляющих агрегатов. При наладке регуляторов и выборе параметров регуляторов ориентируются на наибольшую постоянную времени объекта в контуре регулирования.

ПОРЯДОК ВЫБОРА КЛАПАНОВ ДЛЯ КРИТИЧЕСКИХ КОНТУРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Выбор клапанов основывается на анализе критических контуров регулирования в соответствии с технологической схемой и проводится в следующей последовательности:

1. По результатам анализа технологической схемы выделяются контуры, где небольшие изменения параметров на входе приводят к непропорционально большому или малому изменению параметров на выходе. Эти контуры рассматриваются отдельно, и для них производится специальный выбор клапанов, способных работать в таких условиях.

2. Клапаны для этих контуров рассчитываются по специализированной программе расчета типа Neprof, Сonval и др.

3. Далее проводится их оптимизация для конкретных контуров регулирования в соответствии с особенностями работы контура и заданием от системы АСУ ТП.

3. Типовые схемы установки поворотной арматуры в технологических схемах

3.1. Черная металлургия

3.1.1. Клапаны пневмотранспорта флюса

Технологический процесс

В кислородно-конвертерном (кислородном) сталеплавлении, кислород сочетается с

углеродом и другими нежелательными элементами, ликвидация этих загрязнений из

расплавленной заготовки и преобразует его в сталь. Известь и плавиковый шпат помогают

унести примеси, в виде плавающего слоя шлака.

Рис. 3.1. Установка клапанов в технологической схеме пневмотранспорта кокса [3]

Q-Bop Flux Система впрыска

Номер модели и описание:

А. 4 "Wafer- sphere клапан с приводом VPVL

B. 8 "Wafer-sphere клапан с приводом VPVL

С. 3 "73050

D. 6 "73050 с М. А. приводом

Е. 2 "73050

F. 2 "73050 с приводом VPVL

G. 3 "73050 с приводом VPVL

I. 3 "73050

J. 6 "MA 73050 привод

К 8 "73050 с М. А. приводом

L. 8 "73050 с приводом VPVL

М. 4 "73050 с Quadra-Power приводом и позиционером

правление потоком азота

N. 6 "73050 с приводом VPVL

О. 3 "73050 с приводом VPVL

P. 6 "73050 с Quadra-Power приводом и позиционером

Q. правление потоком кислорода

Вопрос 6 "73050 с приводом VPVL

R. 8 "73050 с приводом VPVL

S. 2 "73050 с Quadra-Power приводом и позиционером

Управление потоком кислорода

Т. 6 "73050 с М. А. приводом

U. 10 "73050 с М. А. приводом

V. 6 "73050 с VPVL приводом.

3.1.2. Клапаны гидравлики, обеспечения воздухом и водяного охлаждения прокатного стана

Технологическая схема показана на рис.3.2.

Рис. 3.2. Схема установки арматуры в системе водяного охлаждения прокатного стана [3]

Рис. 3.3. Схема установки клапанов в гидравлической системе прокатного стана [3]

Технологический процесс

Функция прокатного стана – превращение стальных отливок или болванок в специфичную прокатную стальную продукцию. Некоторые вспомогательные операции, выполняемые основным прокатным станом, включают нарезку заготовок конкретной длины, обрезку, которая включает отрезание небольших кусочков с концов каждой заготовки с их последующей утилизацией, а также сбор и

сортировку отходов при выполнении данной операции. Три (3) формы заготовок, которые производятся на основном прокатном стане – это блюмы, слябы и заготовки. Блюмы обычно имеют круглую, квадратную или почти квадратную форму, в то время как слябы продолговатые, тонкие и относительно широкие. Заготовки имеют квадратную форму и имеют меньшее поперечное сечение, чем блюмы. В гидравлической системе для прокатного стана используются насосы и регулирующие клапаны для работы гидравлических цилиндров, выполняющих операции расстановки и подъема аналогично системе подачи воздуха. Жидкость для охлаждения подшипников используется в

большинстве вращающихся с высокой скоростью узлов, таких как насосы и вентиляторы, обеспечивая эффективную работу подшипников.

Номер модели и описание:

A. Отсечной клапан ½ дюйма – 2 дюйма 351

B. Электрический клапан с приводом EL 1 дюйм 9FB-2236XT с приводом EV/ER

3.1.3. Клапаны подачи кислорода в конвертер и печи

Схема установки клапанов для подачи кислорода в конвертер и печи показана на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Схема установки клапанов для подачи кислорода в конвертер и печи [3]

Технологический процесс

В кислородном конвертере производится сталь путем смешивания расплавленного железа и стального лома, при нагревании и обдуве кислородом.

Номер модели и описание:

A. Кислородная отсечка – 730S

B. Автоматическая отсечка – 730S с системой Quadra-Powr®

C. Редукционный клапан 210 фунтов/кв. дюйм/

180 фунтов/кв. дюйм; 85 F 730S с VPVL

D. Клапан сброса давления

Е. Клапан регулирования потока

F. Предварительный нагрев 750-3000 стандартных куб.футов/мин

G. Рабочий и резервный 7000-14000 стандартных куб.футов/мин

730S с системой Quadra-Powr® и позиционером

FE. Блокировочный клапан элемента потока –210II36TT (600#), размер обычно от ¼ дюйма до 1 дюйма

PE. Блокировочный клапан элемента давления –210II36TT (600#), размер обычно от ¼ дюйма до 1 дюйма

3.1.4. Клапаны дегазации

Схема установки арматуры в устройствах дегазации показана на рис.3.5.

Рис. 3.5. Схема установки арматуры в устройствах дегазации [3]

Технологический процесс

Дегазация – это способ, применяемый в процессе производства

стали для удаления газов (водорода, кислорода и азота), которые поглощаются жидкой сталью из атмосферы и из составляющих ее компонентов сырья.

Номер модели и описание:

A. 1/4 дюйма 351

B. 3/4 дюйма 351

C. 1 дюйма 351

D. 1/2 дюйма 9FB2236XT / VPVL

E. 2 дюйма 7150 31-2236XT W/VPVL

F. 1/2 дюйма 351

3.1.5. Клапаны охлаждения роликов МНЛЗ

Схема установки арматуры в системах охлаждения роликов МНЛЗ показана на рис.3.6.

Рис. 3.6. Схема установки арматуры в системах охлаждения роликов МНЛЗ [3]

Технологический процесс

При непрерывной разливке стали расплавленная сталь превращается в ленты формованной стали.

Номер модели и описание:

A. Клапан регулирования расхода – Клапан Wafer sphere размером 6 дюймов с приводом VPVL и непосредственно установленным соленоидом

B. Устройство выборки мертвого хода размером 3/8 дюйма

C. Клапан Wafer sphere

D. Клапан регулирования потока – Клапан Wafer sphere размером 6 дюймов с приводом VPVL и непосредственно установленным соленоидом

E. Клапан выборки мертвого хода размером 1 дюйм

F. Клапан выборки мертвого хода размером 2 дюйма

G. Клапан выборки мертвого хода размером 2 дюйма

H. Клапан выборки мертвого хода размером 2 дюйма

I. Клапан выборки мертвого хода размером 1/2 дюйма.

3.1.6. Клапаны регулирования испарительного охлаждения

Схема установки арматуры для регулирования испарительного охлаждения показана на рис.3.7.

Рис. 3.7. Схема установки арматуры для регулирования испарительного охлаждения [3]

1, 2, 3 -охлаждаемые детали: 4 – бак-сепаратор пара; 5 – система питающих труб, 6 – регулировочные вентили, 7 – система труб, отводящих пароводяную эмульсию; 8 – коллектор пара: 9 – выпуск пара в атмосферу; 10- дозатор и – подвод добавочной воды

Технологический процесс

При испарительном охлаждении тепло от нагретых элементов печи отводится водой, нагревающейся до образования пароводяной эмульсии. При этом используется скрытая теплота парообразования, т.е. тепло, отбираемое охлаждающей водой, затрачивается на ее испарение. В холодильники печи подается вода, освобожденная от солей жесткости и лишенная коррозионных свойств. Получаемый пар используется на технологические нужды производства.

КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ АРМАТУРА В ПРОЦЕССАХ МЕТАЛЛУРГИИ

ПРОИЗВОДСТВО ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ

С поверхности горячекатаной полосы окалина удаляется путем непрерывного или периодического травления растворами серной или соляной кислоты. После травления полоса проходит нейтрализацию щелочным раствором, затем горячей водой. Травильный раствор подогревается паром до 80-90^оС. Отсасываемый из травильного отделения вентиляционный воздух, содержит 2,5-2,7г\м² паров соляной кислоты.

3.2. Цветная металлургия

Кроме рассмотренных случаев, применение поворотных клапанов в металлургии имеет свои особенности. В частности, количество сред, обладающих коррозионными и абразивными свойствами в них значительно выше, чем в черной металлургии. Значительно выше количество пульп, суспензий, шламов. Агрессивность сред и стойкость материалов современной поворотной арматуры Jamesbury приведена в приложении.

Для применения в условиях агрессивных пульп и суспензий применяются как специальная, так и модифицированная арматура. Для простоты свойства пульп и суспензий необходимо разделить на несколько подвидов:

– Коррозионные среды без абразивов (например, Электролиты)

– Коррозионные среды с мягкими абразивами

– Коррозионные среды с твердыми абразивами

– Нейтральные среды с абразивами.

Поворотные клапаны широко используются для 1 и 2 групп, где воздействие на клапан и находящийся под постоянным воздействием среды затвор является минимальным.

Основным фактором, ограничивающим применение и срок службы арматуры в условиях коррозионного воздействия, является стойкость материала арматуры. Задача осложняется тем, что в металлургии химически активные среды часто содержат абразивы. Так, например, значительной абразивностью обладают отработанные электролиты никелевой промышленности.

Для работы в условиях агрессивных сред применяют наиболее коррозионно-устойчивые материалы, в частности титановые сплавы. Они хорошо стоят в условиях серной кислоты, где их стойкость выше по отношению к нержавеющей стали в 15-25 раза. Учитывая высокую стоимость и больший вес титановых задвижек, они часто заменяются титановыми поворотными заслонками.

3.2.1. Применение поворотной арматуры в производстве алюминия

Специфические среды глиноземного производства составляют пульпы, шламы и суспензии с высокой щелочностью и абразивностью и склонностью к образованию на мокрых поверхностях твердых отложений, поскольку алюминаты способны разлагаться с образованием нерастворимых соединений, таких как гидроокиси и алюмосиликаты. Плотность рабочих сред составляет 1300-1700кг/м³. Температура – от 80 до 300^оС и рабочее давление 0,8-12МПа.

Основная часть аппаратов включена в непрерывный многозвенный технологический процесс, работающий круглосуточно. В таких условиях ненадежная работа арматуры приводит к большим непредвиденным остановам и потерям. Основные среды глиноземного производства приведены в табл. 3.1.

Табл. 3.2. Рабочие среды глиноземного производства

*окончательный выбор определяется расчетом.

Используется арматура диам 100-400мм, с обычным сроком использования на пульпах не более 6 мес и на чистых средах до 5-6 лет.

3.2.2. Применение поворотной арматуры в производстве никеля

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОИЗВОДСТВА НИКЕЛЯ

В настоящее время в промышленности применяется до 3000 сплавов никеля с различными металлами. Наибольшее потребление никеля составляют жаропрочные и нержавеющие стали – до 30-50%, конструкционные стали 10-15%. сплавы на никелевой основе 16-20%, гальванические покрытия и никелирование 10-18%, чугунное и стальное литье, литые жаропрочные и немагнитные сплавы –10-12%, прочее, посуда, катализаторы, электроника и др. 8-10%. В настоящее время перерабатываются 2 основных типа руд, различающиеся по химическому составу и свойствам.

– Окисленные руды, характерен огневой метод получения никеля из руды, в основном за рубежом

– Сульфидные в основном медно никелевые руды, с обязательным присутствием кобальта, металлов платиновой группы, (платина, палладий, родий, рутений, осмий, иридий) Переработка на основе флотационного обогащения, (для бедных руд 1-2,5% Ni) характерны для РФ.

Состав продуктов обогащения приведен в табл. 3.3.

Табл. 3.3. Состав продуктов при обогащении медно никелевых руд

Для извлечения никеля используют пиро и гидрометаллургические процессы

Окисленные руды при их переработке получают огневой никель для применения в черной металлургии, с небольшим рафинированием и очисткой от основных примесей (Fe, Cu, Co, S) в течение всей многостадийной обработки с получением марки Н3, Н4, по ГОСТ 849-70.

Сульфидные руды – требуют обязательного разделения меди и никеля с обязательным окончательным электролитическим рафинированием чернового металла. Получают никель высших марок вплоть до Н-0 с содержанием никеля не менее 99, 99% с извлечением до 14 ценных компонентов. Уровень производства и потребления клапанов отвечает более высоким требованиям.

Рабочие среды никелевого производства

Рабочие среды никелевого производства приведены в табл. 3.4.

Табл. 3.4. Рабочие среды никелевого производства

2. ОСНОВНЫЕ КОНТУРЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ПЕРЕРАБОТКИ СУЛЬФИДНЫХ РУД

1. Флотационное обогащение – с разделением на пирротиновый концентрат, медный концентрат и никелевый концентрат

Основные контуры флотационного обогащения – контуры подачи концентрата, добавки воздуха, пенообразователей, диспергентов, коагулянтов и т.п., отвода пены и шламов, циркуляционные схемы

Требования к процессу

Для эффективной работы флотоустановок должны соблюдаться следующие требования к регулированию процесса:

– рН оборотной воды должен поддерживаться на оптимальном уровне.

– Дозировка реагентов должна поддерживаться на стабильно постоянном и правильном уровне.

– Давление подаваемой воды должно поддерживаться на постоянном уровне и регулироваться в соответствии с требованиями процесса наиболее точно.

При несоблюдении требований потери и нестабильность процесса увеличивается.

Дополнительными требованиями являются использование контуров регулирования с широкими расходными характеристиками, что важно для воздуха, потребляемого в объеме до 50% от объема очищаемого раствора

Переработка никелевого концентрата имеет следующие процессы: плавка на штейн, завалка в печи, добавка флюса отвод газов, обработка шлака.

Основными процессами являются – добавки флюса, охлаждения печей, газоотвода и очистки, плавка никелевых концентратов на ГМК НН производится в руднотермических печах во взвешенном состоянии на подогретом обогащенном кислородом дутье.

Основными контурами являются – контуры горения, кислорода, подогрева дутья, сушки концентрата, участки пневмотранспорта подачи флюса и кокса, отвода газов и электрофильтра, водяного испарительного охлаждения

Контуры подвода флюса

В результате плавки получают небольшой выход штейна, обычно 8% от массы перерабатываемой руды. В тоже время загрузка флюса, сульфидизатора, (пирита), или гипса, известняка может потребовать такого количества, что технически и экономически будет неоправданно. Технико-экономические показатели плавки будут снижены, возрастут потери никеля со шлаками.

Контур пневмотранспорта флюса по этим причинам также является важным, поскольку точность дозирования определит погрешность заполнения печи материалом.

С учетом большего внедрения вместо гравитационных систем и систем пневмотранспорта в контролируемой среде, например, в конвертерных цехах вместо подачи воздухом используется подача контролируемого соотношения кислорода и азота по своим веткам, повышения степени автоматизации процесса, эффективность внедрения специализированных клапанов увеличивается.

Контур горения

Процесс горения топлива является одним из главных факторов, определяющие параметры работы печей при плавке никелевых руд. Качество сжигания топлива определяет температуру в печах, восстановительную способность топочных газов, производительность печей, расход топлива, извлечение металлов в штейн. Используется дорогой и дефицитный вид топлива – кокс. В фурмы должно подаваться дутье, обогащенное кислородом.

Совокупность этих параметров указывает на то, что обслуживающие печь контуры регулирования могут быть отнесены к критическим.

Контур испарительного охлаждения печей

До недавнего времени стены шахтных печей, например, на никелевых заводах изготавливали из водоохлаждаемых кессонов, шатер на колошнике выполняли также в виде огнеупорной кладки в металлическом каркасе или также из кессонов.

Кессоны шахтных печей представляли собой сварные коробчатые конструкции из листовой стали с патрубками для ввода и вывода охлаждающей воды. Перепад температуры входящей и выходящей воды обычно составлял 5-15оС. В этих условиях каждый литр воды отбирал максимально 4,18-15=63 КДж теплоты, где 4,18 – теплоемкость воды, кДж/кг ^оС)

Более эффективный способ отвода избыточной теплоты – испарительное охлаждение с использованием скрытой теплоты испарения воды (2253 кДж\кг), т.е. замене подогрева воды на испарение кипящей. При испарительном охлаждении каждый килограмм воды будет отбирать от охлаждаемых элементов около 2550 кДж теплоты, т.е. почти в 40 раз больше, чем при использовании кессонов. Во столько же раз уменьшается расход охлаждаемой воды. В результате получают пар, который может быть использован для технологических нужд, тогда как ранее вода нагревалась только на 10 оС, и тепло безвозвратно терялось при охлаждении.

Для реализации принципа охлаждающие элементы представляют собой сваренные из труб кессоны, объединенные 2 коллекторами – нижним для подвода воды и верхним для отвода пара.

Однако, реализация этого способа потребовала:

– использования только химически очищенной воды,

– перевода контура на работу с более высокими давлениями и температурами,

– возможности регулирования в т.ч. с учетом двухфазного состояния воды – пара – конденсата.

Сам контур стал более критическим, т.е. небольшие отклонения на входе могут вызывать большие погрешности на выходе.

Контур дутья

Интенсификации процесса плавки и снижению расхода кокса способствует подогрев дутья и обогащение воздуха кислородом. Так, нагрев дутья при агломерированной плавке ведет к экономии топлива на 15.2%, а при 400 ^оС – на 23,3% и к росту проплава соответственно на 10 и 15,3%. Обогащение дутья кислородом до содержания 25% позволяет повысить проплав печи на 22,2%, а расход кокса уменьшить на 17%.

3. Получение медноникелевого штейна, конвертирование

Добавка кварца и подача воздуха. Конвертирование проводят в горизонтальных конвертерах 75-100 тонн.

Основные контуры – обслуживания горизонтального конвертера, подачи воздуха, завалки добавок и флюсов, дегазации, газоотвода и газоочистки и др.