Черных О.Л., к.т.н.,  Садреев И.М., Стариков С.Н.

ООО НПФ "ТеплоЭнергоПром"

В структуре поверхностного комплекса ГОКа по обогащению сильвинитовой руды отделение сушки готового концентрата занимает более 15% капитальных затрат. Завершая технологическую цепочку обогатительной фабрики, этот передел обеспечивает требования по качеству готовой про-дукции. К указанным требованиям относятся: влажность; слеживаемость; пылимость.

Переговоры, проведенные сотрудниками ООО НПФ "Тепло-ЭнергоПром" с крупными компаниями калийной отрасли показали высокую заинтересованность в комплексной разработке и поставке линий, как для сушильных, так и грануляционных отделений обогатительных фабрик. Рынок данного оборудования на ближайшие три года, по нашей оценке, составляет более  10-15 млрд. руб. Также, данное направление имеет возможность развития при использовании разработанного оборудования и технологий в смежных отраслях промышленности, существенно расширив области применения и рынки сбыта.

Для предприятий горно-обогатительного направления  требуются инжи-ниринговые компании, которые могут оказывать услуги в проектировании, изготовлении и поставке оборудования, строительно-монтажных и пуско-наладочных работ. В последние 10-15 лет такими инжиниринговыми компаниями стали исключительно европейские компании, такие как "Famako",  "Binder",  "Andritz",  "McLanahen", "Эркосплан".  Такая ситуация на рынке инжиниринговых услуг для калийной отрасли России и Беларуси сложилась по следующим причинам:

- заказчикам требуется комплексная поставка оборудования техноло-гических линий, включая КИПиА, электроснабжение, АСУТП (при этом, российские компании не могут скомплектовать всю технологическую линию в требуемом объеме);

- заказчикам требуется самое современное, высокопроизводительное оборудование (при этом, российские компании-производители не могли предложить такое оборудование, т.к. производили подобное оборудование 30 лет назад и оно сегодня не отвечает требованиям производительности);

- заказчикам требуется помощь в проведении пуско-наладочных работ и в освоении смонтированного оборудования с целью выхода его на проектные показатели (при этом, российские инжиниринговые компании, как правило не имеют соответствующих референций и квалифицированных инженерных кадров).

Сложности у российских инжиниринговых компаний связаны с отсутс-твием у них научной базы, стендовых установок, конструкторских коллективов, способных предлагать оригинальные технические решения. У европейских компаний имеются стендовые установки, на которых возможно провести испытания пробных партий продукта, получив при этом исходные данные для проектирования установок промышленного масштаба. Кроме того, у них имеются конструкторы, которые постоянно совершенствуют и основное технологическое оборудование, и вспомогательное. Внешний вид оборудования изготовленного на немецких машиностроительных предприя-тиях выгодно отличается от российских.

Такая ситуация на рынке оборудования для сушильных отделений калийных обогатительных фабрик была не всегда. 30-40 лет назад калийные фабрики строились по советским проектам, преимущественно на советском оборудовании. При этом, в частности, производительность печей кипящего слоя и сушильных барабанов не превышала 100 т/ч. Многие из них работают до сих пор. Имеются вполне удачные попытки увеличить произво-дительность существующих сушильных установок до 130-140 т/ч, например на Втором Соликаском рудоуправлении ПАО "Уралкалий". Однако, вновь строящиеся калийные предприятия, такие как: ЗАО "Верхнекамская калийная компания", ИООО "Славкалий", уже построенный "Еврохим-УКК", ориен-тируются только на зарубежных поставщиков. По нашему мнению, такая ориентация не совсем оправдана, т.к. сушильное оборудование европейских компаний не отличается высокой надежностью, а в ряде случаев даже не обеспечивает достижение проектных показателей. Особенно, это относится к сушильному оборудованию производительностью технологической линии более 200 т/ч. Например, у компании "Andritz" были проблемы с выходом на проектную мощность сушильной линии производительностью 250 т/ч на Четвертом Березниковском калийном рудоуправлении ПАО "Уралкалий". Активное участие в этом проекте ООО НПФ "ТеплоЭнергоПром" позволило в 2016 году реализовать проект инновационной  нефутерованной топки собственного изготовления тепловой мощностью 20МВт, что обеспечило достижение проектных показателей   печи кипящего слоя конструкции фирмы "Andritz" в 250 т/ч. Фирма "Binder" имела много замечаний по сушильной установке производительностью (150 т/ч смонтированной на Третьем Березниковском калийном рудоуправлении  ПАО "Уралкалий" (с решеткой 15 м²), и так и не вышла на проектную производительность. Четвертый год эта фирма не может выйти на проектную производительность 220 т/ч для мелкодисперсного галургического продукта сушильной линии смонтированной на обогатительной фабрике 4-го Солигорского рудоуправления ОАО "Беларуськалий".

          Современные сушилки кипящего слоя, как правило, обеспечивают производительность по сухому продукту, например, флотационному KCl 150-170 т/ч. При этом, площадь газораспределительной решетки составляет 17-26м². Увеличение производительности сушилок кипя-щего слоя более 200 т/ч, особенно для мелкодисперсных продуктов, содержащих 6-9% влаги, склонных в обводненном состоянии к комкуемости и адгезионнному взаимодействию,  натолкнулось на проблему несовершенства узла загрузки. Пятно загрузки на газо-распределительной решетке составляет 2-3 м². При увеличении площади решетки даже до 30м², величина этого пятна загрузки практически не меняется. В результате, на локальной площади резко уменьшается порозность кипящего слоя, слои влажного материала агрегируются и процесс псевдоожижения на этом участке пропадает. Поступающий в сушильный аппарат относительно влажный продукт не является на 100% сыпучим, что делает невозможным полное псевдоожижение в первой секции сушильного аппарата. При отсутствии 100%-ного псевдоожижения продукта он начинает слипаться, что впоследствии приводит к образованию комков и/или забиванию газораспределительной решетки  и впускного отверстия для подачи продукта в сушильный аппарат. Эти проблемы привели к тому, что известные производители не выпускают  аппараты, обеспе-чивающие производительность  выше 170 т/час на мелком флотационном продукте. Для обеспечения плановой производительности сушильных отделений в 400 т/час  приходится проектировать до 4  сушильных линий,  где 3 рабочих, 1 резервная. Это увеличивает габариты зданий сушильных отделений, требует затрат на приобретение  дополнительной линии и сопутствующего оборудования,  что повышает  капитальные и эксплуа-тационные  затраты,  снижает экономическую эффективность сушки KCl  из-за одновременной работы 3 печей не в самом экономичном режиме (ниже номинального).

               Решением проблемы может быть применение сушильного аппарата кипящего слоя круглого сечения имеющего меньшую площадь распредели-тельной решётки (порядка 8 м²) и обеспечивающего  производительность технологической линии 220-260 т/час при последовательной установке уже проверенных в реальном производстве сушилок,  подтвердивших свою производительность многолетним опытом эксплуатации. Каждая сушилка обеспечивает производительность 120-130 т/час по сухому мелкому флотационному продукту. Последовательное включение их в схему технологической линии и при этом, одновременная  их работа позволяет обеспечить производительность 220-260 т/час. На рис.1 представлена такая технологическая линия, которая имеет один вентилятор, одну топку, две сушилки КС, по две системы сухой и мокрой пыле-газоочистки, два дымососа. При этом, топки и сушилки могут быть произведены на ООО НПФ "ТеплоЭнергоПром", г.Пермь,  вентилятор, дымосос, циклоны, скрубберы - на ООО "Теплоагрегат", г.Глазов. Разработанная, отечественная, нефутерованная топка тепловой мощностью 24 МВт позволяет реализовать предложенную технологическую линию сушки.

         Сушилки кипящего слоя в отделениях грануляции используются для нагрева концентрата перед прессовым гранулированием, а также в стадии облагораживания. Со времен СССР отделения грануляции калийных обогатительных фабрик комплектовались исключительно немецким обору-дованием. Сегодня, значительную часть технически сложного оборудования: валковые пресса; смесители; элеваторы; аэроохладители; конвейеры; питатели  производятся на заводах в г.Солигорске  (Республики Беларусь). Часть оборудования технологических линий: сушилки кипящего слоя; топки; аэроохладители; вентиляторы; циклоны; производятся, либо могут быть произведены российскими предприятиями. Такая комплектация оборудованием актуальна, как для вновь проектируемых предприятий, так и реконструируемых существующих.

         Отдельные единицы представленного оборудования, входящего в технологическую линию сушки, представленную на рис.1, могут быть использованы и в других отраслях промышленности:

- прокалка минералов, например полигалита перед обогащением (калийная отрасль);

- теплоноситель для печей кальцинации (содовая промышленность);

- теплоноситель для печей обезвоживания карналлита (магниевая промышленность);

- сушка строительных материалов (песок, гипс);

- сушка химпродуктов.

Основными преимуществами сушилок кипящего слоя предлагаемых ООО НПФ "ТеплоЭнергоПром"  являются:

1. Круглая сушилка кипящего слоя обеспечивает наилучший тепловой КПД процесса по сравнению с другими аппаратами сушки, т.к. за счет еще и крутки потока в надрешетной части обеспечивает эффективное переме-шивание частиц кипящего слоя. Также, крутка потока в надрешетной части обеспечивает минимальный унос газом из кипящего слоя мелких частиц.
2. Низкий расход  топочных газов на сушку снижает объем отходящих газов, незначительный унос мелкого продукта в совокупности в разы

снижает затраты на газоочистные аппараты, тягодутьевые машины и их электропотребление.

3. Меньший объем топочных газов требует и меньшей площади газораспределительной решетки, следовательно и габаритов сушилки, что снижает ее металлоемкость. Например, для сушки KCl в круглой сушилке производительностью 150 т/ч достаточно иметь не более 10 м² решетку, а прямоугольная сушилка такой производительности имеет 16-18 м².
4. Сушка KCl в круглой сушилке с круткой потока позволяет поднять температуру топочных газов до 650-670^оС, что интенсифицирует процесс сушки и уменьшает объем сушильного агента.
5. Использование модульного принципа комплектации технологической линии двумя круглыми сушилками, работающими параллельно, потребляющих сушильный агент от одной топки, позволяет довести производительность одной технологической линии сушки до 220-260 т/ч.

Рисунок 1. Технологическая линия сушки с двумя круглыми сушилками КС

На рисунке 2 представлена круглая сушилка кипящего слоя с круткой потока.

Рисунок 2. Круглая сушилка кипящего слоя

Основные преимущества предлагаемых ООО НПФ "ТеплоЭнергоПром"  нефутерованных топок:

1. При использовании линейных горелок отсутствует разделение воздуха на первичный и вторичный, топка позволяет работать от одного вентилятора.
2. Выход из строя одной секции линейной горелки приводит к снижению тепловой мощности, которая может быть частично компенсирована остальными секциями, имеющими запас по мощности.
3. Линейные горелки обладают распределенным факелом, заполняющим топку. Горение, равномерно распределенное по сечению топки, позволяет реализовать нефутерованную  малоинерционную топку.
4. Глубина регулирования мощности каждой секции линейной горелки составляет 20%-100%. Дополнительная глубина регулирования 10%-100% обеспечивается  отключением секций линейных горелок.
5. Охлаждаемый корпус топки не имеет ограничений, как по скорости разогрева-охлаждения, так и по количеству циклов нагрев-охлаждение.
6. Охлаждаемый корпус и топка в целом длительно работает без ремонта. Допускает замену отдельных элементов, при необходимости, в течение планового техобслуживания.

Выводы.

На базе уже достигнутого опыта конструирования и эксплуатации сушилок кипящего слоя,  нефутерованных топок, систем пыле-газоочистки, тяго-дутьевого оборудования отечественного производства, предложена технологическая линия сушки производительностью 220-260 т/ч флотационного KCl. Указанная единичная мощность технологической линии сушки обеспечивается  компоновочными решениями уже опробованного и эксплуатируемого оборудования российских производителей.

Черных О.Л., Стариков С.Н., Садреев И.М. Круглые сушилки кипящего слоя большой единичной мощности//Техсовет премиум, октябрь 2019, с.72-73.