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PROCEDE POUR LE REFROIDISSEMENT DE GAZ DE CALCINATION.
La présente invention concerne le refroidissement de gaz de calcination, notamment des perfectionnements au procédé de refroidissement des gaz résultant de la calcination des minerais et concentrés sulfurés du zinc, qui consiste à faire passer le gaz contenant de l'anhydride sulfureux dans une chaudière chauffée par chaleur résiduelle.
On fait normalement passer les gaz de calcination du genre précité dans une chaudière à vapeur9 en premier lieu pour refroidir le gaz de façon que les appareils épurateurs dans lesquels on le fait passer ensuite ne soient pas soumis à des températures excessives, en deuxième lieu pour récupérer une certaine partie de la chaleur sous une forme utilisable.
La chaudière est généralement du type comportant des tubes à eau.
Un inconvénient constaté par les opérateurs d'une installation de ce genre est l'usure plus ou moins importante des parois des tubes et tambours exposés au gaz de calcination. Cette usure pose un grave problème qui n'a pas encore été résolu d'une manière satisfaisante. Un but de la présente invention est de créer un procédé permettant de réduire l'usure des tubes et des tam- bours de chaudières utilisées pour le refroidissement des gaz de calcination.
Jusqu'ici, on a estimé que l'usure résultait en grande partie d'une érosion du métal des tubes ou tambours par le gaz chargé de poussières, mais les observations et essais faits par la Demanderesse semblent indiquer que l'usure est principalement due à la corrosion. L'agent corrosif est l'acide sulfurique produit par la combinaison de l'humidité naturelle du gaz avec l'anhydride sulfuriqueet le produit de la corrosion est un sulfate ferrique plus ou moins pur. Dans un certain nombre d'analyses du produit de corrosion, on a trouvé que la composition répond à la formule Fe203.3SO3.
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On a également constaté que la corrosion des parois des tubes et tembours de chaudières, en contact avec des gaz de calcination contenant de l'anhydride sulfureux, peut être sensiblement réduite par un réglage de la température du gaz entrant dans la chaudière de fagon que cette température ne dépasse pas 850 C, et que cette corrosion est sensiblement éliminée si la température ne dépasse pas 600 C. Cette constatation est la base de départ de l'invention, et représente un progrès appréciable puisqu'elle permet d'ef- fectuer le refroidissement de fagen que la détérioration des tubes et des tambours de la chaudière soit largement réduite ou évitée, et que la durée des tubes et tambours soit grandement augmentée.
Autant qu'on le sache par expérience et par le témoignage des opé- rateurs d'installation similaires, on ne soupçonnait ni ne se rendait compte jusqu'ici que la corrosion de parois en acier refroidies de l'intérieur (com- me les tubes et tambours de chaudières), en contact avec un gaz de calcina- tion contenant de l'anhydride sulfureux, pouvait être évitée ou réduite par le maintien de la température du gaz de calcination au-dessous d'un maximum déterminé. En fait,, cette constatation est en opposition avec l'opinion des techniciens., En effet,on croyait jusqu'ici qu'il était nécessaire de main- tenir la température du gaz à un degré élevé pour empêcher la condensation de l'acide sulfurique sur les tubes en acier, et pour éviter de cette maniè- re la corrosion.
Suivant la présente invention, on peut avantageusement régler la température du gaz de calcination entrant dans la chaudière en mélangeant une proportion déterminée de gaz de calcination refroidi avec du gaz chaud, Bien entendu, on peut également refroidir le gaz par d'autres moyens si on le désire,
Les fours de calcination utilisés par la Demanderesse sont du ty- pe à calcination instantanée ou calcination en suspension. On utilise ces fours pour calciner un concentré de sulfure de zinc et pour obtenir une cal- cine contenant le zinc en majeure partie sous forme d'oxyde. Lorsque le gaz contenant l'anhydride sulfureux quitte chacun de ces fours, il entre dans une chaudière chauffée par chaleur résiduelle, qui est agencée avec les tambours parallèles au courant gazeux.
Au cours de son passage à-travers la chaudière, le gaz traverse cinquante rangées consécutives de tubes, et la température du gaz s'abaisse au fur et à mesure qu'il cède sa chaleur aux tubes.
On a appliqué cette invention à la réduction de la corrosion dans des chaudières chauffées par chaleur résiduelle (ou par refroidissement de gaz) combinées avec des fours à calcination instantanée. On a de cette maniè- re réduit à des proportions presque négligeables ce qui constituait un grave obstacle au fonctionnement. On a réduit la température des gaz entrant dans les chaudières en mélangeant une proportion déterminée de gaz de calcination refroidi avec du gaz chaud. Pour le gaz refroidi, on a utilisé celui qui a- vait déjà traversé la chaudière et les appareils consécutifs d'épuration.
Pour déterminer le degré de réduction de la corrosion des tubes on mesure en plusieurs points le diamètre des tubes de la première rangée la plus proche de la sortie du four). Ces tubes, qui sont exposés à l'action des gaz les plus chauds, présentent le plus fort degré de corrosion.
Le tableau ci-après indique les taux de corrosion en millimètres de pénétration par mois (28 jours), pour des températures d'entrée différentes du gaz :
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Tableau
EMI3.1
<tb>
<tb> Fours <SEP> N . <SEP> Température <SEP> d'entrée <SEP> Taux <SEP> de <SEP> corrosion
<tb> du <SEP> gaz <SEP> C <SEP> Max. <SEP> Moyen <SEP> Min
<tb> 2 <SEP> 975 <SEP> 0,77 <SEP> 0,47 <SEP> 0,089
<tb> 2 <SEP> 932 <SEP> 0,67 <SEP> 0,35 <SEP> 0,00
<tb> 1 <SEP> 930 <SEP> 0,66 <SEP> 0,23 <SEP> 0,07
<tb> 2 <SEP> 850-750 <SEP> 0,13 <SEP> 0,028 <SEP> 0,00
<tb> 1 <SEP> 820-800 <SEP> 0,035 <SEP> 0,012 <SEP> 0,00
<tb>
Ce tableau montre que le taux de corrosion est largement réduit et que, par conséquent, la durée des tubes de chaudière est sensiblement augmentée si on maintient la température d'entrée du gaz inférieure à 850 C suivant la présente invention.
De préférence, on maintient la température inférieure à 800 C.
On peut commander le four de calcination, fournissant le gaz contenant l'anhydride sulfureux, (par exemple en admettant de l'air froid dans la chambre de combustion) de façon que la température du gaz entrant dans la chaudière.soit maintenue au-dessous de la valeur prescrite. Toutefois, pour obtenir un maximum de capacité de calcination d'un four déterminé, notamment pour obtenir un gaz aussi riche que possible en anhydride sul- fureux (par exemple pour l'utilisation dans une installation consécutive de préparation d'acide sulfurique), il est normalement indésirable de limiter la température de fonctionnement du four à un niveau où le gaz n'est pas corrosif dans une chaudière chauffée'par chaleur résiduelle.
Dans un mode de mise en oeuvre préféré du procédé, on réduit donc la température des gaz entrant dans la chaudière en les mélangeant avec du gaz de calcination refroidi à la sortie ou à. proximité de la sortie du four, ou à la sortie de la chambre de combustion, ce qui permet de commander la corrosion de la chaudière sans réduire la température de fonctionnement du four de calcination proprement dit. De cette manière, on peut combiner une grande capacité de calcination et une forte concentration en anhydride sulfureux avec une faible corrosion de la chaudière.
Ainsi qu'il a été indiqué précédemment, on peut réduire la température du gaz entrant dans la chaudière en mélangeant du gaz froid avec le gaz de calcination,, Dans le cas d'un four de calcination instantanée, on peut à cet effet introduire du gaz froid dans le fond du four de calcination entre le carneau collecteur de la chambre de combustion et le carneau d'é- vacuationo . Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, on peut introduire le gaz froid dans le carneau du gaz de calcination avant l'entrée de ce gaz dans la chaudière., à condition de prévoir un dispositif de mélange approprié.
Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, le carneau ou autre conduit faisant passer le gaz de calcination dans la chaudière peut être suffisamment long, et être suffisamment perméable à la chaleur pour réduire au niveau désiré la température du gaz de calcination entrant dans la chaudièreOn peut également utiliser tout autre moyen de refroidissement usuel pour refroidir les gaz de calcination dans la mesure voulue avant leur entrée dans la chaudière. Ces procédés évitent la nécessité du recyclage du gaz refroidi.
Si on le désire,on peut également utiliser une combinaison de deux ou de plusieurs des procédés précités de refroidissement des gaz de calcination avant leur entrée dans la chaudière.
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L'invention est particulièrement applicable aux chaudières fonctionnant avec un maximum de pression de 17,5 kg/cm2. On peut également l'appliquer moins avantageusement aux chaudières fonctionnant avec un maximum de pression un peu plus élevé. En procédant suivant la présente invention, on peut cependant dans certains cas éviter l'utilisation de chaudières fonctionnant avec des pressions aussi élevées.
REVENDICATIONS.
1 Un procédé pour réduire l'usure des tubes ou tambours d'une chaudière utilisée pour le refroidissement de gaz contenant de l'anhydride sulfureux provenant de la calcination de minerais et de concentrés sulfurés de zinc, procédé qui consiste à maintenir au-dessous de 850 C la températu- re des gaz entrant dans la chaudière.
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PROCESS FOR COOLING CALCINATION GAS.
The present invention relates to the cooling of calcining gas, in particular to improvements to the process for cooling the gases resulting from the calcination of ores and concentrates sulphide zinc, which consists in passing the gas containing sulfur dioxide in a boiler heated by residual heat.
Calcination gases of the aforementioned type are normally passed through a steam boiler9 first to cool the gas so that the scrubbers through which it is subsequently passed are not subjected to excessive temperatures, secondly to recover some of the heat in a usable form.
The boiler is generally of the type comprising water tubes.
A drawback observed by the operators of an installation of this type is the more or less significant wear of the walls of the tubes and drums exposed to the calcination gas. This wear poses a serious problem which has not yet been satisfactorily resolved. An object of the present invention is to create a process making it possible to reduce the wear of the tubes and drums of boilers used for cooling the calcination gases.
Hitherto, it has been considered that the wear results largely from erosion of the metal of the tubes or drums by the gas laden with dust, but the observations and tests made by the Applicant seem to indicate that the wear is mainly due corrosion. The corrosive agent is sulfuric acid produced by the combination of the natural moisture of the gas with sulfur trioxide, and the product of corrosion is more or less pure ferric sulfate. In a number of analyzes of the corrosion product, it has been found that the composition meets the formula Fe203.3SO3.
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It has also been observed that the corrosion of the walls of the tubes and the boiler cylinders, in contact with calcination gases containing sulfur dioxide, can be appreciably reduced by adjusting the temperature of the gas entering the boiler in such a way that this temperature does not exceed 850 C, and that this corrosion is appreciably eliminated if the temperature does not exceed 600 C. This observation is the starting point of the invention, and represents an appreciable progress since it makes it possible to carry out the cooling so that the deterioration of the tubes and drums of the boiler is greatly reduced or avoided, and that the life of the tubes and drums is greatly increased.
As far as is known from experience and from the testimony of operators of similar installations, until now, only the corrosion of internally cooled steel walls (such as pipes and tubes) was suspected and realized. and boiler drums), in contact with a calcination gas containing sulfur dioxide, could be avoided or reduced by maintaining the temperature of the calcining gas below a determined maximum. In fact, this finding is in opposition to the opinion of the technicians., Indeed, it was heretofore believed that it was necessary to maintain the temperature of the gas at a high degree to prevent condensation of the acid sulfuric acid on steel pipes, thereby preventing corrosion.
According to the present invention, the temperature of the calcination gas entering the boiler can advantageously be adjusted by mixing a determined proportion of cooled calcination gas with hot gas. Of course, the gas can also be cooled by other means if one the desire,
The calcination furnaces used by the Applicant are of the instantaneous calcination or suspension calcination type. These furnaces are used to calcine a zinc sulphide concentrate and to obtain calcine containing most of the zinc as oxide. When the sulfur dioxide-containing gas leaves each of these furnaces, it enters a residual heat-heated boiler, which is arranged with the drums parallel to the gas stream.
During its passage through the boiler, the gas passes through fifty consecutive rows of tubes, and the temperature of the gas drops as it transfers its heat to the tubes.
This invention has been applied to the reduction of corrosion in boilers heated by waste heat (or by gas cooling) combined with flash kilns. In this way, what was a serious obstacle to operation was reduced to almost negligible proportions. The temperature of the gases entering the boilers was reduced by mixing a determined proportion of cooled calcination gas with hot gas. For the cooled gas, use was made of that which had already passed through the boiler and the subsequent purification devices.
To determine the degree of reduction of the corrosion of the tubes, the diameter of the tubes of the first row closest to the exit of the furnace is measured at several points). These tubes, which are exposed to the action of the hottest gases, exhibit the highest degree of corrosion.
The table below shows the corrosion rates in millimeters of penetration per month (28 days), for different gas inlet temperatures:
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Board
EMI3.1
<tb>
<tb> Ovens <SEP> N. <SEP> Input <SEP> temperature <SEP> Corrosion rate <SEP> <SEP>
<tb> of the <SEP> gas <SEP> C <SEP> Max. <SEP> Medium <SEP> Min
<tb> 2 <SEP> 975 <SEP> 0.77 <SEP> 0.47 <SEP> 0.089
<tb> 2 <SEP> 932 <SEP> 0.67 <SEP> 0.35 <SEP> 0.00
<tb> 1 <SEP> 930 <SEP> 0.66 <SEP> 0.23 <SEP> 0.07
<tb> 2 <SEP> 850-750 <SEP> 0.13 <SEP> 0.028 <SEP> 0.00
<tb> 1 <SEP> 820-800 <SEP> 0.035 <SEP> 0.012 <SEP> 0.00
<tb>
This table shows that the corrosion rate is greatly reduced and that, therefore, the life of the boiler tubes is significantly increased if the gas inlet temperature is kept below 850 ° C. according to the present invention.
Preferably, the temperature is maintained below 800 C.
The calcination furnace, supplying the gas containing sulfur dioxide, (for example by admitting cold air into the combustion chamber) can be controlled so that the temperature of the gas entering the boiler is kept below of the prescribed value. However, to obtain the maximum calcination capacity of a given furnace, in particular to obtain a gas as rich as possible in sulfurous anhydride (for example for use in a subsequent installation for the preparation of sulfuric acid), it is necessary to It is normally undesirable to limit the operating temperature of the furnace to a level where gas is not corrosive in a boiler heated by waste heat.
In a preferred embodiment of the process, the temperature of the gases entering the boiler is therefore reduced by mixing them with calcination gas cooled at the outlet or at. proximity to the outlet of the furnace, or to the outlet of the combustion chamber, which makes it possible to control the corrosion of the boiler without reducing the operating temperature of the calcination furnace itself. In this way, it is possible to combine a high calcination capacity and a high concentration of sulfur dioxide with low corrosion of the boiler.
As previously indicated, the temperature of the gas entering the boiler can be reduced by mixing cold gas with the calcination gas, In the case of an instantaneous calcination furnace, it is possible to introduce carbon for this purpose. cold gas in the bottom of the calcining furnace between the combustion chamber collecting flue and the exhaust flue o. In another embodiment of the invention, it is possible to introduce the cold gas into the flue of the calcination gas before the entry of this gas into the boiler, on condition that an appropriate mixing device is provided.
In another embodiment of the invention, the flue or other conduit passing the calcination gas into the boiler may be sufficiently long, and be sufficiently permeable to heat to reduce the temperature of the calcination gas to the desired level. Entering the Boiler Any other conventional cooling means can also be used to cool the calcination gases to the desired extent before entering the boiler. These methods avoid the need for recycling the cooled gas.
If desired, it is also possible to use a combination of two or more of the aforementioned methods of cooling the calcination gases before they enter the boiler.
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The invention is particularly applicable to boilers operating with a maximum pressure of 17.5 kg / cm2. It can also be applied less advantageously to boilers operating with a slightly higher maximum pressure. By proceeding according to the present invention, however, it is possible in certain cases to avoid the use of boilers operating with such high pressures.
CLAIMS.
1 A process for reducing the wear and tear of the tubes or drums of a boiler used for cooling gases containing sulfur dioxide from the calcination of ores and zinc sulphide concentrates, which process consists of keeping below 850 C the temperature of the gases entering the boiler.