Обеспыливание и обессеривание керамических печей

Когда говорят про обеспыливание и обессеривание керамических печей, многие сразу представляют себе стандартные циклоны да скрубберы. Но в высокотемпературных процессах, особенно при обжиге, всё не так прямолинейно. Частая ошибка — пытаться применить решения для металлургии или энергетики без адаптации к специфике керамики: тут и летучие соединения щелочных металлов, и тончайшая пыль, которая не всегда улавливается традиционными методами, и главное — необходимость сохранить точный состав атмосферы в печи, чтобы не испортить продукт. Сам сталкивался с ситуациями, когда излишне агрессивная газоочистка вела к изменению цвета глазури или пористости черепка. Поэтому подход должен быть комплексным, с оглядкой на технологию самого производства.

Где кроются основные сложности?

Основная головная боль — это именно комбинированный характер выбросов. Пыль от сырья (глины, полевого шпата, кварца) часто имеет высокую дисперсность, плюс при высоких температурах выделяются оксиды серы, образующиеся из примесей в топливе или сырьевой массе. Если говорить про обеспыливание, то тут электрофильтры, казалось бы, панацея. Но не всегда. Вспоминаю один проект на заводе по производству санитарной керамики: поставили электрофильтр, но не учли колебания влажности отходящих газов из-за периодической сушки изделий в тех же туннельных печах. В итоге — постоянные проблемы с подачей напряжения, частые короткие замыкания, эффективность падала катастрофически. Пришлось пересматривать всю схему газоходов, добавлять каплеуловители и систему стабилизации параметров перед самим агрегатом.

С обессериванием история ещё тоньше. Сухие сорбентные методы, например, с использованием извести, хороши, но требуют точного дозирования и однородного смешения с газом. В керамике температура отходящих газов после рекуператоров часто оказывается в том самом ?неудобном? диапазоне — 200-400°C, когда эффективность многих сорбентов резко снижается. Мокрые методы, конечно, эффективнее по степени очистки, но порождают проблему сточных вод и коррозии оборудования. И вот этот баланс между эффективностью, экономикой и сохранением стабильности основного процесса — это и есть искусство.

Часто упускают из виду и вопрос абразивного износа. Керамическая пыль — материал жёсткий. Тот же вентилятор дымососа, если его поставить перед системой очистки, может ?съесть? свои лопатки за сезон. Поэтому схему размещения оборудования — ?пыль вентилятором? или ?пыль после вентилятора? — нужно просчитывать каждый раз индивидуально, исходя из гранулометрического состава пыли. Это не теория, а опыт, оплаченный ремонтами.

Опыт с мембранными технологиями: неожиданное решение

Здесь хочется сделать отступление и вспомнить про компанию ООО Чэнду Итай Технология (сайт — https://www.yitaicd.ru). Их профиль — металлические мембранные материалы и технологии мембранного разделения для очистки высокотемпературных и коррозионных сред. Когда впервые услышал про применение таких мембран для газоочистки в керамике, отнёсся скептически. Казалось, что для наших условий с липкой, местами смолистой пылью они быстро забьются. Но практика одного из стекольных заводов, где они были опробованы для улавливания летучей золы и паров борной кислоты, заставила задуматься.

Суть в том, что металлические мембраны от ООО Чэнду Итай Технология работают по принципу поверхностной фильтрации, но за счёт особой структуры пор и материала (часто это спечённые металлические волокна или пористая нержавеющая сталь) они могут работать при температурах, близких к температуре отходящих газов из печи, без необходимости их сильного охлаждения. Это ключевой момент! Ведь охлаждение газа — это дополнительные затраты энергии и риск конденсации агрессивных соединений, которые как раз и вызывают коррозию.

Мы пробовали смоделировать применение такой системы для обеспыливания на участке обжига технической керамики. Основная задача была уловить сверхтонкую пыль оксидов цинка и свинца. Традиционный рукавный фильтр требовал охлаждения газа ниже 130°C, а это вело к большим теплопотерям. Мембранный же модуль, по предварительным расчётам, мог работать при 300-350°C. Экономия на рекуперации тепла обещала быть значительной. Правда, встал вопрос стоимости самих мембранных элементов и их регенерации. Обратная продувка горячим газом или паром? Требует отдельной проработки. Но сам подход — очистка в ?горячей? зоне — выглядит крайне перспективно для энергоёмких производств вроде нашего.

Интеграция процессов: обеспыливание + обессеривание

Идеальная система — та, которая решает обе задачи одновременно, минимизируя капитальные и эксплуатационные затраты. Часто идут по пути установки двухступенчатой схемы: сначала грубое обеспыливание (циклон или батарейный циклон), потом обессеривание в скруббере или с помощью сухого сорбента, и потом снова тонкая очистка от пыли сорбента. Схема громоздкая, но проверенная.

Однако сейчас всё больше думают о комбинированных адсорбентах-катализаторах. Например, на основе оксидов титана или ванадия, которые могут одновременно улавливать пыль (за счёт пористой структуры) и окислять SO2 до SO3 с последующим связыванием. Но для керамических печей, где в газе могут присутствовать пары соединений фтора или хлора (из глин или глазурей), такие катализаторы могут быстро отравиться. Это не гипотеза, а вывод из неудачного пилотного проекта на заводе огнеупоров. Каталитический блок потерял активность за полгода, а анализ показал блокировку активных центров именно фторидами.

Поэтому возвращаемся к необходимости тщательного предварительного анализа состава газов на всех стадиях обжига. Не только в штатном режиме, но и при розжиге, остановке, смене сорта изделий. Часто именно в переходных режимах происходят самые неприятные выбросы, которые и ломают дорогостоящее очистное оборудование.

Практические нюансы и ?мелочи?, которые решают всё

Любая система начинается с газоходов. Материал — первый вопрос. Обычная сталь не годится при конденсации сернистой или плавиковой кислоты. Использование футеровок на основе фторопласта или специальных сплавов удорожает конструкцию в разы. Опытным путём пришли к комбинации: участок от печи до первого теплообменника — из жаростойкой стали с добавкой молибдена, дальше — уже с футеровкой. Стыки, фланцы, места для отбора проб — всё это потенциальные точки протечек и коррозии. Установка датчиков температуры и давления ДО и ПОСЛЕ каждого узла очистки — не прихоть, а необходимость для оперативной диагностики. Помню, как по падению давления на мокром скруббере догадались, что сопла разъело, а не просто забились шламом.

Ещё один момент — утилизация уловленных продуктов. Керамическая пыль, в принципе, можно вернуть в шихту, но только если она не загрязнена серой или тяжелыми металлами. Шлам от мокрого обессеривания — это, как правило, гипс, но его качество редко позволяет использовать в строительстве без дополнительной промывки и сушки. Часто он становится просто отходом, требующим захоронения. Поэтому сейчас вектор смещается в сторону сухих или полусухих методов, где отход получается в порошкообразном виде и его проще либо утилизировать, хотя бы в качестве инертного материала для отсыпки, либо, в идеале, использовать.

Здесь снова всплывает потенциал технологий, подобных тем, что развивает ООО Чэнду Итай Технология. Если мембрана позволяет проводить высокотемпературную фильтрацию, то уловленный сухой порошок, по идее, ближе по характеристикам к исходному сырью. И его возврат в процесс выглядит более реалистичным. На их сайте (https://www.yitaicd.ru) указано, что их решения направлены на экологически чистые процессы очистки в передовых производствах, и это как раз тот случай, где ?чистота? процесса означает не только чистый выброс в атмосферу, но и минимизацию вторичных отходов.

Взгляд вперёд: что будет меняться?

Давление экологических норм будет только расти. Уже сейчас в развитых странах задумываются не только о SO2 и пыли, но и о выбросах CO2, NOx. Для керамических печей это новый вызов. Возможно, будущее за радикальным изменением технологии обжига или вида топлива. Но в среднесрочной перспектике нам придётся совершенствовать именно системы газоочистки.

Видится тренд на интеллектуализацию. Системы с обратной связью, которые в реальном времени по данным газоанализаторов будут регулировать подачу сорбента, режим регенерации фильтров, перераспределение газовых потоков. Это позволит работать не с запасом, а точно по необходимости, экономя реагенты и энергию.

И, конечно, материалы. Развитие стойких к коррозии и высоким температурам материалов, таких как металлокерамика или продвинутые сплавы, сделает возможным создание более компактных и долговечных агрегатов. Работы в этом направлении, как у упомянутой компании с их металлическими мембранами, — это правильный путь. В конечном счёте, эффективное обеспыливание и обессеривание керамических печей — это не просто ?приставной? цех, а неотъемлемая и высокотехнологичная часть всего производства, напрямую влияющая на качество продукции, себестоимость и, в итоге, на конкурентоспособность завода. И подход к ней должен быть таким же вдумчивым и основанным на детальном знании технологии, как и к самому процессу обжига.