Przedmiotem wynalazku jest sposób regulacji ustawionych szeregowo stanowisk lugowania i eks¬ pansji szlamu boksytowego przy wytwarzaniu tlen¬ ku glinowego i urzadzenia do stosowania tego sposobu.Do wydzielania tlenku glinowego zawartego w boksycie znajduja najczesciej zastosowanie urza¬ dzania do lugowania pracujace w spdSób ciagly, Temperatura procesu lugowania zalezy Q& rriine* radego skladu boksytu i miesci sie w zakresie od 130 do 250°C. Wylugowany szlam zostaje zwykle ochlodzony do pozadanej temperatury na drodze ekspansji. W zaleznosci od temperatury lugowa¬ lo ia stosuje sie od dwóch do dziewieciu stopni ekspansji. Wyzwalana podczas ekspansji para znaj¬ duje zastosowanie do wstepnego ogrzewania szla¬ mu boksytowego. Proces wstepnego ogrzewania zachodzi w rurowych wymiennikach ciepla i/lub w autoklawach plaszczowo-rurowych lub w auto¬ klawach o spiralnych przewodach rurowych.Dla eksploatacji ustawionych szeregowo stano¬ wisk lugowania i ekspansji szlamu boksytowego istotne znaczenie posiadaja nastepujace czynniki: para, która wyzwala sie podczas procesu ekspan¬ sji, powinna byc wykorzystana z zachowaniem dobrego wspólczynnika sprawnosci, po zakonczeniu ekspansji szlam powinien miec pozadana tempe¬ rature koncowa, a pary wydzielajace sie podczas ekspansji powinny wykazywac odpowiednia czy¬ stosc.Tego rodzaju wymagania moga byc spelnione tylko wtedy, gdy wielkosci cisnien wystepujacych zarówno w poszczególnych stopniach ekspansji, jak i w polaczonych z nimi ukladach rur grzejnych podgrzewaczy wstepnych b^da bardzo zblizone do zaplanowanych wielkosci.Szeregowo ustawiona stanowiska lugowania i ekspansji sa projektowane na podstawie ogólnych danych wyjsciowych. T&k wiec niezbedna powierz¬ chnia grzejna podgrzewaczy wstepnych jest okre¬ slana na podstawie danych dla przecietnych war¬ tosci przenikania ciepla, szybkosci przeplywu ob¬ jetosci masy i temperatury. Obliczenie objetosci naczyn ekspansyjnych i powierzchni odparowania jesl dokonywane na tej marnej podstawie.Podczas eksploatacji szeregowo ustawionych sta¬ rowisk lugowania i ekspansji szlamu boksytowego poszczególne znamienne wielkosci technologiczne i kaloryczne odbiegaja jednak od wartosci prze¬ cietnych. Tak wiec, na przyklad, liczba okreslajaca przenikanie ciepla jest poczatkowo, to znaczy w odniesieniu do czystych powierzchni grzejnych, wieksza od wartosci przecietnej, zmniejsza sie o*.a jednak w spo.ób ciagly w miare narastania na powierzchniach grzejnych odkladajacych sie warstw zanieczyszczen, a w koncu jest ona mniej¬ sza od wartosci przecietnej. Nastepnie moze ule¬ gac zmianom temperatura poczatkowa i objeto¬ sciowa szybkosc przeplywu szlamu. W celu wy¬ równania tych zmian i stworzenia mozliwosci re- 98 63198 631 3 4 alizacji wyzej wymienionych wymogów, konieczne jest wprowadzenie mozliwosci regulacji.Podczas projektowania urzadzenia wymiary na¬ czyn ekspansyjnych okresla sie przy uwzglednie¬ niu przecietnych danych wyjsciowych dla prze¬ cietnego obciazenia para. W przypadku, gdy liczba wyrazajaca wielkosc przenikania ciepla przekro¬ czy wartosc przecietna, zwieksza sie równiez ilosc ciepla, która moze byc przeniesiona. W tym przy¬ padku ulega zwiekszeniu ilosc pary pobranej z od¬ nosnego naczynia ekspansyjnego, co oznacza zwie¬ kszenie Obciazenia para tego naczynia. Przy ob¬ ciazeniu para wiekszym od zaprojektowanego, wy¬ zwalajaca sie w naczyniu ekspansyjnym para po¬ rywa ze soba szlam, co jest zjawiskiem niepo¬ zadanym, gdyz uzyskana z takiej pary skondenso¬ wana woda nastrecza technologiczne trudnosci przy jej wykorzystaniu ze wzgledu na zawarte w niej zanieczyszczenia.W przypadku odbierania na poszczególnych stop¬ niach ekspansji ilosci pary wiekszych od zapro¬ jektowanych ulega zmianie równiez cisnienie pa¬ nujace w naczyniach ekspansyjnych i rózni Bie ono od zaplanowanego. Ha skutek tego praca ele¬ mentów dlawiacych wbudowanych w przewód do przenoszenia szlamu, który lacza naczynia ekspan¬ syjne, rtie przebiega bez zaklócen, nie jest przy tym zapewnione odprowadzanie szlamu, a naczy¬ nia ekspansyjne zostaja tym szlamem napelnione.W zwiazku z podnoszeniem sie poziomu szlamu w naczyniach ekspansyjnych zmniejsza sie prze- siihifh dla gromadzenia sie pary w tych naczy- niich, w nastepstwie czego wystepuje wzrost spe¬ cyficznego obciazenia para tych naczyn. W takich warunkach eksploatacyjnych pobrana para moze zawierac szlam nawet w tym przypadku, gdy ilosc (ego szlamu jest mniejsza od zaprojektowanej.Przenoszona ilosc ciepla moze byc utrzymana zgodnie z Jego zaplanowana iloscia, jezeli skutecz¬ nosc przenikajacego ciepla, którego ilosc odbiega od wartosci przecietnej, zostanie wyrównana za pomoca zmiany wielkosci powierzchni ogrzewania lub zmiany róznicy temperatur. Wielkosc powierz¬ chni ogrzewania jest na ogól zadana z góry, pTsy czym nie stosuje sie zmian tej wielkosci.Róznic* temperatur mozna zmieniac przez zmiane poczatkowej temperatury szlamu. Mozna to osiag¬ nac, na przyklad, przez poddanie szlamu dzialaniu goracej pary lub przez zmiane temperatury na¬ sycenia ekspandujacych ogrzewajacych par, co jest mozliwe do osiagniecia za pomoca dlawienia par ekspansyjnych. Obie te metody moga byc stoso¬ wane oddzielnie lub lacznie.Do zmian cisnienia ekspandujacych par od stro¬ ny ogrzewania sluza obslugiwane recznie zawory wbudowane w przewody parowe. Zawory parowe sa obslugiwane przez jedna osobe, która okresla zakres wymaganego dlawienia czesciowo na pod¬ stawie danych pomiarowych, czesciowo zas w o- parciu o obserwacje subiektywna. Wymienione za¬ wory parowe sa dlawione w rozmaity sposób w celu stopniowego podgrzewania szlamu do war¬ tosci zlozonej. W praktyce obslugujaca osoba nie jest w stanie ustawic zawory na optymalne dla¬ wienie, poniewaz ustawione szeregowo stanowiska lugowania i ekspansji tworza powiazany ze soba system, co oznacza, ze zmiana polozenia kazdego pojedynczego zaworu powoduje koniecznosc zmiany polozen wszystkich pozostalych zaworów w caJym szeregu stanowisk. Subiektywna interwencja ob¬ slugujacej osoby uniemozliwia w praktyce funk¬ cjonowanie pozostalych automatycznych obwodów regulacji (obwód regulacji poziomu w naczyniach ekspansyjnych, obwód regulacji odprowadzania wo¬ dy kondensacyjnej, itd.) ukladu lugowania i eks¬ pansji, poniewaz w takich okolicznosciach nie mo¬ zna nastawic róznic cisnien niezbednych do bez- biccnego funkcjonowania wbudowanych reguluja¬ cych zaworów parowych.Opisana, obecnie powszechnie stosowana metoda zmniejszania stopnia nasycenia ekspandujacych par za pomoca obnizania cisnienia jest niekorzyst¬ na, a poza tym nieekonomiczna z punktu widze¬ nia gospodarki cieplnej.Ujmujac zwiezle zagadnienie mozna stwierdzic, ze najwieksza niedogodnosc obecnie pracujacych ukladów lugowania i ekspansji szlamu boksytowe- go jest nastepujaca: odbieranie ekspandujacych par jest regulowane przez jedna osobe, przy czym regulacja ta jest nie tylko niedoskonala sama w sobie, lecz oprócz tego zaklóca jeszcze funkcjo¬ nowanie innych, zautomatyzowanych obwodów re¬ gulacyjnych ukladu i oddzialywuje szkodliwie na technologiczne i kaloryczne wielkosci znamienne procesu lugowania.W przemysle tlenku glinowego sa od dawna czynione starania w kierunku unikania subiek¬ tywnej interwencji osób z obslufei i eksploatowa¬ nia aparatury niezaleznie od ilosci przenikajacej ciepla, i o znaczy, na przyklad, równiez w odnie¬ sieniu do czystych powierzchni grzejnych przy calkowicie otwartych zaworach ekspandujacych par lub W warunkach calkowitego usuniecia tych za¬ worów.Celem wynalazku jest opracowanie ukladu re¬ gulacji, dzieki któremu Zbyteczne stanie sie ob¬ slugiwanie recznych zaworów wbudowanych do przewodów ekspandujacej pary lub nawet zawory te stana sie w ogóle zbyteczne. Dalszym celem wynalazku jest umozliwienie takiej regulacji, któ¬ ra nia bedzie zaklócala innych obwodów regulacji wbudowanych do szeregowo ustawionych stano¬ wisk lugowania i ekspansji szlamu boksytowego oraz która równiez w przypadku zmiennych para¬ metrów technologicznych i termicznych zapewni stopniowe, równomierne podgrzewanie szlamu, u- trzym^nie zaplanowanego cisnienia na poszczegól¬ nych stopniach ekspansji oraz utrzymanie zapla¬ nowanej temperatury ekspansji, dzieki czemu mo¬ zna uzyskac minimalne specyficzne zuzycie pary pod wysokim cisnieniem i uniknac zanieczyszcze¬ nia jej szlamem. Dzieki temu zmniejszaja sie od¬ logi zanieczyszczen w podgrzewaczach wstepnych od strony parowania lub odlogi te w ogóle sie! nie tworza, natomiast przecietna ilosc przenikajacego ciepla zwieksza sie w cyklu eksploatacji, na sku¬ tek czego zwieksza sie sprawnosc aparatury, a dzieki zmniejszeniu sie zasadowosci wody konden¬ sacyjnej z ekspandujacych par wykorzystanie tej wody do celów technologicznych jest ulatwione. 26 50 40 49 50 55 6098 631 6 Sposobem wedlug wynalazku, w zaleznosci od róznicy pomiedzy temperaturami szlamu na wej¬ sciu i na wyjsciu z odnosnego wstepnego podgrze¬ wacza reguluje sie poziom wody kondensacyjnej w ukladzie rur grzejnych tego podgrzewacza, o- grzewanego para wyzwalajaca sie w odpowied¬ nim naczyniu ekspansyjnym. Poziom wody kon¬ densacyjnej w ukladzie rur grzejnych pierwszego wstepnego podgrzewacza reguluje sie w zaleznosci od cisnienia panujacego w ostatnim naczyniu eks¬ pansyjnym lub od temperatury szlamu w tym naczyniu.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym uwi¬ doczniono przykladowo wybrane szeregowo usta¬ wione stanowiska lugowania i ekspansji, które zawieraja wstepne podgrzewacze 1, 2, 3 i 4 ogrze¬ wane ekspandujaca para, autoklaw 5 ogrzewany para przegrzana, ekspaneyjne naczynia «, 7, 8 i 9, przewód Id szlamu boksytowego, który laczy ze soba ekspaneyjne nacaynia oraz w którym jest umieszczony zawór 11 do dlawienia szlamu, prze¬ wody 12 ekspandujacych par, uklady 13 rur grzej¬ nych z wbudowanymi w nich automatami 14 kon¬ densacyjnymi, z którymi sa polaczone szeregowo zawory 15 do dlawienia wody, obwód 16 regu¬ lacji ilosci szlamu w zaleznosci od cisnienia, ob¬ wody 17 regulacji róznicy temperatur w zalez¬ nosci od ilosci wody, obwód 18 regulacji tempe¬ ratury w zaleznosci od ilosci wody oraz obwody 19 regulacji poziomu cieczy w zaleznosci od ilosci szlamu. Dla wielu punktów przewodu 10 szlamu jest zadana zaplanowana temepratura szlamu oraz cisnienie cieczy w szeregowo ustawionych stano¬ wiskach lugowania.Ustawione szeregowo stanowiska lugowania i eks¬ pansji szlamu boksytowego pracuja nastepujaco: Surowy, niewylugowany szlam boksytowy o tem¬ peraturze 70°C doprowadza sie poprzez przewód 10 do podgrzewacza 1 wstepnego, po czym szlam ten przemieszcza sie poprzez szereg wstepnych podgrzewaczy 2, 3, 4 i pobiera z kazdego z nich cieplo. Tempueratura szlamu za ostatnim podgrze¬ waczem 4 wynosi 190°C. Szlam boksytowy przedo¬ staje sie nastepnie do autoklawu 5, gdzie zostaje ogrzany za pomoca podgrzewanej pary do 240°C, to znaczy do temperatury lugowania szlamu. Na odcin¬ ku do wstepnego podgrzewacza 1 do zaworu 11 dla¬ wienia szlamu cisnienie szlamu jest praktycznie stale i wynosi 38 at, jest zatem wyzsze od cisnienia nasycenia odpowiadajacego temperaturze szlamu 240°C. Poprzez zawór 11 dlawienia szlamu, szlam ten przedostaje sie do szeregowo ustawionych ekspansyjnych naczyn 6, 7, 8, 9, w których cisnie¬ nie jego ulega stopniowemu zmniejszeniu, a z kaz¬ dego naczynia ekspansyjnego odchodzi para, która jest doprowadzana do podgrzewaczy 1, 2, 3, 4 jako para grzejna.W ukladach 13 rur grzejnych tych podgrzewaczy para ulega wykropleniu i poprzez automaty 14 kondensacyjne oraz zawory 15 dlawienia wody zostaje odprowadzona na zewnatrz jako woda kondensacyjna. Otwieranie i zamykanie zaworów dlawienia wody jest regulowane za pomoca ob¬ wodów 17 regulacji róznic temperatur w zaleznosci od ilosci wody w odniesieniu do róznicy pomiedzy temperatura szlamu zmierzona w przewodzie 10 przed i za podgrzewaczami 2, 3 ...4. Zawór 15 dla¬ wienia wody w pierwszym podgrzewaczu 1 jest regulowany za pomoca obwodu 18 regulacji tem¬ peratury w zaleznosci od ilosci wody w funkcji temperatury szlamu w ostatnim ekspansyjnym na¬ czyniu 9.Obwody 19 regulacji poziomu cieczy w zalezno¬ sci od ilosci szlamu reguluja poziom szlamu w na¬ czyniach ekspansyjnych i nie stanowia przedmiotu niniejszego wynalazku. Zamykanie i otwieranie zaworu 11 dlawienia szlamu jest regulowane za pomoca obwodu 16 regulacji cisnienia w zalez¬ nosci od ilosci szlamu, który równiez nie najezy do przedmiotu wynalazku. W przypadku opisanej aparatury, przy stalej szybkosci objetosciowej prze¬ plywu szlamu (150m*/h), temperatura szlamu wzra¬ sta w poszczególnych podgrzewaczach o zaplano¬ wana wielkosc (12°C). Wzrost temperatury przy¬ padajacy na kazdy podgrzewacz jest powodowany srednia wartoscia przenikania ciepla (400 kcal/ms. h.°C oraz, na przyklad, wykorzystaniem w 60f/f calkowitej powierzchni grzejnej (200 mc) podgrze¬ wacza. Jezeli przyjac ilosc przenikajacego ciepla za wartosc zmienna niezalezna, a powierzchnia grzejna za wartosc zmienna zalezna, to ta ostat¬ nia zmienia sie odwrotnie proporcjonalnie w sto¬ sunku do pierwszej.Wymiana ciepla wzdluz szeregowo ustawionych podgrzewaczy jest wieksza od przecietnej i wynosi przykladowo 800 kcal/m2Ji.°C. Niezbedna powierz¬ chnia grzejna jest zatem mniejsza i wynosi, na przyklad, 60 m2. Stosownie do tego regulacyjne obwody 17 domykaja zawory 15 dlawienia wody, w zwiazku z czym w ukladach rur grzejnych podgrzewaczy podnosi sie poziom wody kondensa¬ cyjnej, przez eo zmniejsza sie wolna (skuteczna) powierzchnia grzejna. Po uplywie pewnego czasu eksploatacji w ukladach rur grzejnych odkladaja sie zanieczyszczenia, zmniejsza sie ilosc przenika¬ jacego ciepla, na skutek czego nie móglby nastapic wzrost temperatury szlamu do zaplanowanej wy¬ sokosci. W tym jednak momencie obwód 17 re¬ gulujacy temperature w zaleznosci od ilosci wody powoduje otwarcie zaworu 15 sluzacego do dla¬ wienia wody, w zwiazku z czym w ukladzie rur grzejnych zmniejsza sie zawartosc wody konden¬ sacyjnej i nastepuje zalozony wzrost temperatury szlamu.W przypadku zmniejszenia sie w jednym z pod¬ grzewaczy wymiany ciepla w takim stopniu, ze calkowita powierzchnia grzejna tego podgrzewacza okaze sie niewystarczajaca dla uzyskania zalozone¬ go wzrostu temperatury szlamu, zostaje calkowicie otwarty zawór dlawiacy, natomiast rozpoczyna pra¬ ce automat kondensacyjny 14 i przegradza droge parze.Z zastosowania automatów kondensacyjnych mo¬ zna zrezygnowac w tych przypadkach, gdy na centralnej tablicy przelacznikowej stan regulacyj¬ nych zaworów 15 jest wskazywany za pomoca sygnalów. Osoba obslugujaca tablice przelaczni¬ kowa moze zmniejszyc nastawiona róznice tempe- 40 45 50 55 6098 631 7 8 ratury przy calkowicie otwartym zaworze i w ten sposób usunac wylaczanie pary.Ta iloscia ciepla, której zabraklo do podgrza¬ nia szlamu z powodu wylaczenia jednego stopnia ogrzewania, mozna obciazyc te stopnie podgrze¬ wania, które posiadaja jeszcze wolna powierzchnie gFoejna, co mozna ustalic na podstawie polozenia ich raworów.W: przykladowo przedstawionym ukladzie apa¬ ratury zawór 15 dlawienia wody, nalezacy do pierwszego wymiennika ciepla 1, jest regulowany w przeciwienstwie do pozostalych za pomoca tem¬ peratury szlamu w ostatnim naczyniu 9 ekspan¬ syjnym. Istotne jest tu utrzymywanie tempera¬ tury szlamu na pewnym minimalnym poziomie, gdyz cisnienie zwiazane z ta temperatura jest niezbedne do ciaglego usuwania szlamu z usta¬ wionych szeregowo stanowisk ekspansji. Spadek temperatury powoduje zamkniecie zaworu 15 pod¬ grzewacza 1, w zwiazku z czym podnosi sie po¬ ziom wody w ukladzie 13 rur grzejnych tego pod¬ grzewacza, na skutek czego zmniejsza sie sku¬ teczna powierzchnia grzejna, a tym samym ulega zmniejszeniu wzrost temperatury szlamu.Sposób wedlug wynalazku czyni zbytecznym ob¬ slugiwanie recznych zaworów regulacyjnych znaj¬ dujacych sie w przewodach ekspandujacych par lub nawet w ogóle ich stosowanie, umozliwia na¬ tomiast regulacje, która nie zaklóca pracy pozo¬ stalych obwodów regulacji, wbudowanych w sze¬ regowo ustawionych stanowiskach lugowania i eks¬ pansji. Równiez przy zmiennych parametrach tech¬ nologicznych i termicznych sposób wedlug wyna¬ lazku zapewnia stopniowe, równoczesne podgrze¬ wanie szlamu i utrzymywanie na poszczególnych stopniach ekspansji zaplanowanego cisnienia, na skutek czego uzyskuje sie minimalne specyficzne zuzycie pary pod wysokim cisnieniem oraz unika sie zanieczyszczen pary szlamem. Na skutek tego ulegaja zmniejszeniu odlogi zanieczyszczen w pod¬ grzewaczach od strony parowania lub odlogi te w ogóle sie nie tworza, wzrasta przecietna ilosc ciepla przenikajacego w jednym cyklu eksploata¬ cyjnym, natomiast zmniejszenie zasadowosci kon¬ densacyjnej wody z ekspandujacych par ulatwia jej technologiczne wykorzystanie. PL