Печь кипящего слоя для обжига цинковых концентратов как объект регулирования

Abstract

Актуальность исследования обусловлена непрерывным увеличением использования цинка в мире. Получение цинка - дорогостоящий процесс, одним из этапов которого является обжиг сульфидных цинковых концентратов (шихты) в печи кипящего слоя с использованием воздушного дутья, обогащенного кислородом. Поскольку гранулометрический состав шихты, ее влажность и состав непостоянны, температура кипящего слоя может изменяться и требует непрерывного контроля со стороны оператора. Огромная масса слоя определяет большую инерционность слоя, поэтому необходимо использование системы автоматического регулирования. Цель исследования: оптимизация работы печи кипящего слоя для обжига сульфидных цинковых концентратов, в частности, введение автоматического регулирования температуры кипящего слоя во избежание колебания температуры в широких пределах. Значительное понижение температуры слоя приводит к ухудшению обжига концентрата, как следствие, уменьшается выход конечного продукта - цинка. При повышении температуры существенно возрастает опасность шлакования слоя из-за возможных его локальных перегревов. Для этого необходимо на основе изученной кинетики окисления цинкового концентрата в печи кипящего слоя получить зависимость температуры слоя от расхода шихты как расчетным, так и экспериментальным путем. Объект: печь кипящего слоя Челябинского цинкового завода для обжига сульфидного цинкового концентрата. Методы: получение расчетной зависимости температуры кипящего слоя от расхода шихты на основе изученной кинетики окисления цинкового концентрата; экспериментальное изучение динамики изменения температуры слоя при изменении расхода шихты. Результаты. Разработана математическая модель переходных процессов в печи кипящего слоя для обжига цинковых концентратов, позволяющая рассчитать изменение температуры слоя и концентрации горючих веществ в нем при изменении расхода загружаемой в печь шихты. Сопоставление расчетов с экспериментальными данными показали хорошую сходимость результатов. На основании полученных данных создана приближенная модель печи кипящего слоя в ПТК «Овация» и разработан алгоритм регулятора температуры кипящего слоя. Внедрение на ПАО «ЧЦЗ» регулятора температуры позволит без участия оператора поддерживать заданную температуру кипящего слоя, постоянство горючих в слое, исключить недожег шихты и снизить опасность шлакования слоя.

The relevance of the researchis caused by continuous increase in using zinc in the world. Obtaining of zinc is an expensive process, one of the stages of which is roasting of sulfide zinc concentrates (charge) in a fluidized bed furnace using air blast enriched with oxygen. Since the granulometric composition of the charge, its moisture content and composition are variable, the temperature of the fluidized bed can vary and requires continuous monitoring by the operator. A huge mass of material determines the large bed inertia, therefore, it is necessary to use an automatic control system. The main aim of the research is to optimize the operation of the fluidized bed furnace for roasting sulphide zinc concentrates, in particular, to introduce automatic control of the fluidized bed temperature in order to avoid temperature fluctuations over a wide range. A significant decrease of the bed temperature leads to degradation of the concentrate roasting, as a consequence, the yield of the final product (zinc) decreases. As the temperature rises, the danger of bed slagging increases substantially due to the possible local overheating. To do this, it is necessary to obtain the dependence of the bed temperature on the charge rate, both by calculation and experimentally, on the basis of the studied kinetics of zinc concentrate oxidation in the fluidized bed furnace. Object of researchis the fluidized bed furnace of the Chelyabinsk Zinc Plant for roasting sulphide zinc concentrate. Methods: obtaining the calculated dependence of the fluidized bed temperature on the charge rate based on the studied kinetics of zinc concentrate oxidation; an experimental study of the dynamics of the change in the bed temperature with a change in the charge rate. Results. The authors have developed the mathematical model of the transient processes in the fluidized bed furnace for calcining zinc concentrates, which makes it possible to calculate the change in the bed temperature and the combustible substances concentration in it with a change in the charge rate. Comparison of the calculations with the experimental data showed good convergence of the results. On the basis of the obtained data, an approximate model of the fluidized bed furnace in the Ovatsiya PTA and an algorithm of the fluidized bed temperature regulator were developed. The introduction of a temperature regulator at the Chelyabinsk Zinc Plant will enable automatically maintain the specified fluidized bed temperature, the constancy of the combustible in the bed, eliminate undesirable charges, and reduce the danger of slagging the layer.