Спосіб та пристрій для відокремлення твердих речовин у формі частинок від газового потоку

Реферат: Описані спосіб та пристрій для відокремлення твердих речовин у формі частинок від газового потоку, зокрема від потоку-носія, що транспортує тверді речовини у формі частинок, за допомогою транспортуючого трубопроводу (2), сполученого із сепаруючою камерою (5), приєднаного сухого фільтра (9) для відокремлення пилоподібних та дуже дрібних частинок твердих речовин, відвідного трубопроводу (12), який служить для відведення очищеного газового потоку, та накопичувача (1) для відокремлених твердих речовин у формі частинок. Сухий фільтр оснащено пристроєм для зворотного промивання сухого фільтра. UA 101523 C2 (12) UA 101523 C2 UA 101523 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується пристрою для відокремлення твердих речовин у формі частинок від газового потоку, зокрема від потоку газу-носія, що служить для транспортування твердих речовин, що мають форму частинок, причому пристрій має принаймні один транспортуючий трубопровід, який закінчується у сепаруючій камері, приєднаний сухий фільтр для відокремлення пилоподібних і/або дуже дрібних частинок твердої речовини, трубопровід для відведення очищеного газового потоку та накопичувач для відокремлених частинок твердої речовини. Крім того, винахід стосується способу відокремлення твердих речовин у формі частинок від газового потоку, зокрема від потоку газу-носія, що служить для транспортування частинок твердих речовин. Із стану техніки відомо, що транспортуючий газ, який служить для пневматичного транспортування твердих речовин у формі частинок, після відокремлення транспортованих твердих речовин піддають очищенню у гарячому циклоні, а потім у скрубері. При цьому недоліком є те, що окрім високих витрат води виникає ще й велика кількість шламів, які можна повернути на обробку лише високовитратним способом. Із JP 05-076803 А відомим є розміщення в циклоні фільтру коли після грубого розділення в циклоні відбувається тонке розділення у фільтрі. Отриманий при цьому матеріал може бути утилізований у подальшому. Так само WO 94/11283 описує відокремлення пилу від транспортуючого газу, і отриманий при цьому пил надходить у відкриту ємність, або транспортуючий газ піддають очищенню у циклоні або в мішковому фільтрі. Тому задача винаходу полягає у створенні способу та пристрою, які б дозволяли надійне та вигідне очищення газового потоку та просте використання і подальшу утилізацію пилу. Задачу вирішено за допомогою пристрою згідно з п. 1 формули винаходу та за допомогою способу згідно з п. 10 формули винаходу. За допомогою пристрою згідно з винаходом пневматичне транспортування твердих речовин, що мають форму частинок, комбінують з використанням газового потоку та очищенням газового потоку після відокремлення твердих речовин у формі частинок та пропонують значно простіший пристрій. Суміш із газового потоку та частинок твердих речовин спочатку потрапляє, зокрема по дотичній, у сепаруючу камеру, внаслідок чого частинки твердої речовини суттєвою мірою відокремлюються під впливом сили тяжіння, і лише здебільшого пил або найдрібніші частинки твердої речовини потрапляють у сухий фільтр і осідають там. При цьому сепаруюча камера має таку будову, що розділення відбувається не лише під дією сили тяжіння, а також під дією тангенціального потоку, як це буває в циклоні. Внаслідок великої кількості пилоподібних та дрібних частинок твердих речовин, які мають місце в технологічних газах відновлювальної металургії, наприклад при прямому відновленні залізної руди, очищувальні пристрої для таких газів повинні мати таку конструкцію, щоб навіть ці дуже великі кількості могли надійним чином оброблятися. Для забезпечення надійного функціонування сухий фільтр має пристрій для зворотнього промивання, призначений для відокремлення фільтраційного коржа від сухого фільтру. При цьому сухий фільтр таким чином з'єднано з накопичувачем, що фільтраційний корж потрапляє у накопичувач. Шляхом зворотнього промивання фільтрувального пристрою можна очистити фільтр і таким чином знову привести його у початкове робоче положення, причому осаджені на фільтрі тверді речовини можуть бути видалені із сухого фільтру у вигляді коржа і відправлені у накопичувач. Отже, більше немає потреби видаляти корж через шлюз і відправляти його на спеціальну утилізацію або окрему обробку. Накопичувач має форму завантажувального резервуару, призначеного для завантаження твердих речовин у формі частинок і/або фільтраційного коржа у пресувальний пристрій, зокрема в агломеруючий пристрій, або маєформу металургійного агрегату, зокрема плавильного, призначеного для обробки твердих речовин у формі частинок. Таким чином можна вводити застосовувані речовини у формі частинок безпосередньо із транспортуючої труби у сепаруючу камеру та в накопичувач, причому контакт з атмосферою відсутній. Це робить можливим безпосередню подальшу обробку, принагідно після попереднього пресування, внаслідок чого, наприклад, відпадає потреба у спеціальному устаткуванні для транспортування або складування твердих речовин у формі частинок. Оскільки часто гарячі тверді речовини у формі частинок та гарячі фільтраційні коржі мають контакт не з атмосферою, а з газовим потоком, не відбуваються і небажані процеси окислення, приміром на повітрі. Згідно з доцільною формою запропонованого винаходом пристрою транспортуючий трубопровід має регулятор і/або клапан, зокрема системи "закрито – відкрито", для регулювання 1 UA 101523 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 об'єму або тривалості газового потоку та частинок твердої речовини, що знаходяться у ньому. Щоб мати змогу забезпечити оптимальну роботу пристрою, необхідно регулювати об'єм потоку чи терміни відкривання або підтримувати їх в одному діапазоні регулювання чи в часових проміжках. Згідно з особливо доцільною формою виконання запропонованого винаходом пристрою сухий фільтр встановлено на накопичувачі, причому сепаруюча камера утворена накопичувачем. В результаті виникає дуже компактний пристрій, завдяки чому відпадає потреба у окремих пристроях для транспортування фільтраційного коржа в накопичувач. Згідно з винаходом сухий фільтр розміщено поряд з накопичувачем, причому сепаруюча камера утворена нижньою частиною сухого фільтру. Така особлива конструкція може мати переваги, наприклад, при наступному монтажі запропонованого винаходом пристрою або при нестачі місця для розміщення. В іншій формі виконання пристрою згідно з винаходом сухий фільтр має відгалуження для відтранспортування відокремлених частинок твердої речовини і/або фільтраційного коржа у накопичувач. При внаслідок розміщення сухого фільтру поряд з накопичувачем можливим стає повернення фільтраційного коржа у накопичувач, завдяки чому корж разом з частками твердої речовини може надходити на подальшу обробку. При відповідній формі виконання пристрою згідно з винаходом сухий фільтр є фільтром із спеченого металу, керамічним фільтром або мішковим фільтром. Такі фільтри відрізняються тим, що допускають високі робочі температури, внаслідок чого зайвими стають високовитратні охолоджуючі пристрої і пов'язане з цим високе споживання енергії. При іншій доцільній формі виконання пристрою згідно з винаходом накопичувач має з'єднувальні елементи для промивання частинок твердих речовин і/або фільтраційного коржа інертним газом, зокрема азотом. Промивання інертним газом гарантує, що частинки твердих речовин, зокрема якщо вони ще мають високу температуру, не окислюються, і це сприяє покращенню текучості твердих речовин у формі частинок та фільтраційного коржа. Згідно з винаходом передбачені імпульсні труби та прилади для вимірювання тиску перед сухим фільтром або після нього, або для визначення перепаду тиску, причому перепад тиску спрямовується на регулятор і використовується для регулювання пристрою для зворотнього промивання. Виходячи з перепаду тиску можна за допомогою регулятора розпочинати зворотнє промивання чи регулювати його, так що сухий фільтр повертається у початкове робоче положення, завдяки чому виключаються будь-які збої у роботі фільтру. При іншій формі виконання пристрою згідно з винаходом передбачено регулятор, який має регулювати почергову подачу твердої речовини у формі частинок за допомогою газового потоку та подачу промивного газу. За допомогою регулятора можна започатковувати той чи інший робочий стан. Спосіб згідно з винаходом служить для відокремлення частинок твердих речовин від газового потоку, зокрема від потоку транспортуючого газу, який переміщує частинки твердих речовин. Спочатку газовий потік по транспортуючому трубопроводу надходить у сепаруючу камеру, де під впливом сили тяжіння відбувається принаймні початкове осадження частинок твердих речовин. Потім цей принаймні частково очищений газовий потік надходить в під'єднаний сухий фільтр для відокремлення решток пилоподібних та дрібних частинок твердої речовини, причому очищений газовий потік виходить із сухого фільтру по відвідному трубопроводу, а відокремлені частинки твердої речовини надходять до накопичувача. Спосіб згідно з винаходом робить абсолютно зайвим мокре фільтрування. Осаджені на фільтрі пилоподібні та тонкі частинки твердої речовини залишаються у процесі, оскільки вони додаються до твердої речовини у формі частинок, причому вони можуть зберігатися у накопичувачі в спеціальній, здебільшого неокислювальній атмосфері. Таким чином фільтраційний корж може підлягати подальшій обробці разом з твердою речовиною у формі частинок без застосування інших заходів. Отже, додаткові заходи попередньої обробки фільтраційного коржа стають абсолютно зайвими. Тверді речовини у формі частинок і/або фільтраційний корж надходять до пресувального пристрою, зокрема агломераційного, і/або до металургійного агрегату, зокрема плавильного, для обробки твердої речовини і/або фільтраційного коржа. Завдяки цьому заходу тверді речовини у формі частинок та фільтраційний корж проходять обробку разом, в результаті чого можуть бути виготовлені, наприклад, агломерати для наступних стадій процесу. При цьому вигідним є те, що немає потреби в окремій обробці фільтраційного коржа, і цей цінний матеріал може надходити на реалізацію. Також можна у вигляді альтернативи тверді речовини у формі частинок та фільтраційний корж або агломерати безпосередньо подавати у плавильний агрегат, щоб виплавити, наприклад, чавун або сталь. 2 UA 101523 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При спеціальній формі виконання способу згідно з винаходом у сухий фільтр вводять газ для зворотнього промивання, зокрема азот, під тиском 3-6 бар з метою видалення фільтраційного коржа, причому видалений фільтраційний корж надходить у накопичувач. Промивання фільтру газом має на меті ретельне очищення елементів фільтру, наприклад фільтрувальних патронів, причому газ для промивання може бути використаний також для створення чи підтримання неокислювальної атмосфери у сухому фільтрі, у сепаруючій камері та в накопичувачі. Газ для промивання чи його тиск при потребі можуть варіюватися, причому в якості промивного газу можна окрім азоту застосовувати інші неокислювальні гази, наприклад технологічні гази металургійних процесів. При особливій формі виконання способу згідно з винаходом під час фази очищення, починаючи з моменту введення промивного газу у сухий фільтр, подачу газового потоку та твердої речовини у формі частинок блокують за допомогою регулятора і/або клапана. Такий захід гарантує, що протитечія відокремленого і падаючого вниз фільтраційного коржа та газу, що прямує вверх, зводиться до мінімуму. За допомогою регулятора можна відповідним чином керувати чи при потребі узгоджувати фази промивання, звертаючись до вимірювання тиску у сухому фільтрі. Спеціальна форма виконання способу згідно з винаходом передбачає, що тверді речовини у формі частинок, зокрема дуже тонких, принаймні частково являють собою відновлене залізо, агломерати заліза або губчасте залізо. Подібні речовини з вмістом заліза є вихідними продуктами для виробництва чавуну чи сталі. Здебільшого стадії процесу, що слідують одна за одною, як, наприклад, відновлення цих матеріалів, безпосередньо поєднані з процесом плавлення, тому треба намагатися здійснювати обробку залізовмісних матеріалів ще в теплому стані. Щоб уникнути повторного окислення залізовмісних матеріалів, що є вже принаймні частково відновленими, такі речовини часто транспортують або складують у неокислювальній атмосфері, або піддають їх брикетуванню чи пресуванню. Доцільна форма виконання способу згідно з винаходом передбачає, що газовий потік утворюється із відновлювального газу і/або азоту чи їх суміші. При застосуванні технологічного газу прямого відновлення можна використовувати, по-перше, його тепловміст, по-друге, його властивості як відновлювального газу. Альтернативно можна при потребі додавати до газового потоку азот, узгоджуючи кількість газу у газовому потоку та тиск. Особливо доцільна форма виконання способу згідно з винаходом передбачає, що на сухому фільтрі вимірюють перепад тиску, і при перевищенні попередньо визначеного рівня перепаду тиску розпочинають за допомогою регулятора зворотнє промивання сухого фільтру. Шляхом регулювання можна, по-перше, встановлювати оптимальний робочий стан, а відтак і кількість газу, що проходить крізь сухий фільтр, так що осадження на сухому фільтрі або тривалість циклу між двома зворотніми промиваннями стає максимальним. По-друге, за допомогою перепаду тиску можна встановити, коли має відбутися промивання з метою очищення сухого фільтру. Доцільна форма виконання способу згідно з винаходом передбачає, що подача твердих речовин у формі частинок за допомогою газового потоку здійснюється періодично, зокрема циклічно, та регулюється почергово з циклом очищення, починаючи з подачі промивного газу. Це гарантує, що сухий фільтр регулярно очищується, в результаті чого функціонування сухого фільтру є постійно надійним. Під час промивання фільтру подачу твердих речовин у формі частинок та газового потоку краще припиняти, так що тиск промивного газу близько 3-6 бар забезпечує повне очищення сухого фільтру. Фіг. 1 зображує сухий фільтр згідно з винаходом в спеціальному розміщенні безпосередньо над накопичувачем для твердих речовин у формі частинок. На фіг. 1 показано накопичувач 1 для твердих речовин у формі частинок, який часто застосовується для тимчасового накопичення, наприклад, безпосередньо відновленої залізної руди у формі частинок. Такий накопичувач 1 може, наприклад, бути з'єднаним з не зображеним агломеруючим пристроєм і/або з також не зображеним плавильним агрегатом. По транспортуючому трубопроводу 2 за допомогою потоку 3 транспортуючого газу тверді речовини 4 у формі частинок надходять у сепаруючу камеру 5. Транспортуючий трубопровід 2 таким чином входить у сепаруючу камеру 5, що газовий потік або потік 3 транспортуючого газу та тверді речовини 4 у формі частинок надходять по дотичній, причому завдяки відцентровій силі досягається додаткове осадження, як у циклоні. При спеціальній конструкції за фіг.1 сепаруючу камеру 5 утворено верхньою частиною накопичувача 1. Газовий потік 3, який надходить, та тверді речовини у формі частинок розділяються у сепаруючій камері значною мірою, причому більша частина твердих речовин 6а та 6b під впливом сили тяжіння осідає у накопичувачі 1. Зокрема пилоподібні та тонкі частки 7 3 UA 101523 C2 5 10 15 20 твердих речовин втягуються газовим потоком 8а та 8b у сухий фільтр 9 і осідають на елементах фільтру, у зображеному прикладі на багатьох фільтрувальних патронах 10. Очищений газовий потік виводиться із сухого фільтру по трубам 11 та багатьом відвідним трубопроводам 12 і може бути в подальшому застосований як очищений газ. Сухий фільтр 9 має пристрої 13, 13а, 13b для зворотнього промивання, за допомогою яких промивний газ з надлишковим тиском близько 6 бар може надходити в сухий фільтр назустріч напрямку газового потоку, причому осаджені пилоподібні та тонкі частинки твердих речовин, які утворюють фільтраційний корж FK, знову можуть видалятися з фільтраційних патронів 10 і надходити у накопичувач 1. Пристрій для зворотнього промивання може бути виконаний як кільцевий трубопровід з багатьма вводами 13а та відповідними блокуючими клапанами 13b. В підвідному трубопроводі 2 передбачено клапан 14 з виконавчим елементом 15, завдяки чому можна керувати газовим потоком та твердими речовинами у формі частинок шляхом відкривання та закривання. Зазвичай клапан 14 закривається виконавчим елементом 15 лише ненадовго, пропускаючи необхідну кількість твердих речовин у формі частинок. Альтернативою могло б бути майже безперервне постачання з короткими перервами. Для надійного визначення актуального робочого стану сухого фільтру 9 передбачено імпульсні труби 20а, 20b, 20с, а для вимірювання тиску чи перепаду тиску пристрої 16, 17 та регулятор 18, завдяки чому можна здійснювати зворотнє промивання сухого фільтру 9 на основі виміряного перепаду тиску або з врахуванням інших параметрів. При цьому за допомогою регулятора можна брати до уваги робочий стан клапана 14 ("закрито – відкрито") або керувати ним, застосовуючи виконавчий орган 15. Для покращення текучості твердих речовин у формі частинок та фільтрувального коржа у накопичувальному агрегаті 1можна передбачити приєднувачі 19 для промивання твердих речовин у формі частинок та фільтраційного коржа інертним газом, зокрема азотом. 25 30 35 40 45 Перелік позиційних позначень 1 - Накопичувач 2 – Транспортуючий трубопровід 3 - Газовий потік або газ-носій 4 – Тверді речовини у формі частинок 5 – Сепаруюча камера 6а, 6b - Тверді речовини 7 - Пилоподібні і тонкі частинки твердих речовин 8а, 8b - Газовий потік 9 - Сухий фільтр 10 - Фільтрувальні патрони 11 - Труби 12 - відвідний трубопровід 13 - пристрої для зворотнього промивання 13а - Постачальні труби 13b - Блокуючі клапани 14 - Клапан 15 - Виконавчий орган 16, 17 - Прилад для вимірювання тиску або перепадів тиску 18 - Регулятор 19 - Приєднувач для промивання 20а, 20b, 20с - Імпульсні труби ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 1. Пристрій для відокремлення твердих речовин у формі частинок від потоку газу-носія (3), що служить для транспортування твердих речовин (4) у формі частинок, який має принаймні один транспортуючий трубопровід (2), що входить тангенціально у сепаруючу камеру (5), приєднаний сухий фільтр (9) для відокремлення пилоподібних і/або дрібних частинок твердої речовини, відвідний трубопровід (12) для відведення очищеного газу та накопичувач (1) для відокремлених частинок твердих речовин, причому сухий фільтр (9) має пристрої (13, 13а, 13b) для зворотного промивання, що служать для відокремлення фільтраційного коржа від сухого фільтра (9), який відрізняється тим, що сухий фільтр (9) таким чином з'єднано з накопичувачем (1), що фільтраційний корж потрапляє у накопичувач (1), причому накопичувач (1) є завантажувальною ємністю для завантаження твердих речовин у формі частинок і/або 4 UA 101523 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 фільтраційного коржа у агломеруючий пристрій або в плавильний агрегат для обробки твердих речовин у формі частинок, причому сепаруюча камера виконана таким чином, що розділення відбувається не лише під впливом сили тяжіння, але й під впливом тангенціального потоку, як в циклоні, а газ-носій є технологічним газом після прямого відновлення, причому в накопичувачі (1) передбачені приєднувальні елементи (19) для промивання твердих речовин у формі частинок та фільтраційного коржа інертним газом. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що транспортуючий трубопровід (2) має регулятор (18) і/або клапан (14), зокрема клапан типу "закрито-відкрито", призначений для регулювання об'ємного потоку або тривалості газового потоку (3) та частинок твердої речовини (4), що знаходяться у ньому. 3. Пристрій за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що сухий фільтр (9) встановлено зверху на накопичувачі (1), причому сепаруючу камеру (5) утворено накопичувачем (1). 4. Пристрій за одним із пп. 1-2, який відрізняється тим, що сухий фільтр (9) встановлено поряд з накопичувачем (1), причому сепаруючу камеру (5) утворено нижньою частиною накопичувача (1). 5. Пристрій за п. 4, який відрізняється тим, що сухий фільтр (9) має відгалуження для відведення відокремлених частинок твердої речовини і/або фільтраційного коржа до накопичувача (1). 6. Пристрій за одним із пп. 1-5, який відрізняється тим, що сухий фільтр (9) є фільтром із спеченого пористого металу, керамічним фільтром або мішковим фільтром. 7. Пристрій за одним із пп. 1-6, який відрізняється тим, що передбачені імпульсні труби (20а, 20, 20с) та пристрої (16, 17) для вимірювання тиску перед сухим фільтром (9) та після нього або ж для визначення перепаду тиску, причому перепад тиску надсилається на регулятор (18) і залучається для керування пристроєм (13, 13а, 13b) для зворотного промивання. 8. Пристрій за одним із пп. 1-7, який відрізняється тим, що передбачено регулятор (18) для регулювання почергової подачі твердих речовин (4) у формі частинок за допомогою газового потоку (3) та для подачі промивного газу. 9. Спосіб відокремлення твердих речовин у формі частинок від потоку газу-носія, що служить для транспортування твердих речовин у формі частинок, які є залізовмісними вихідними продуктами для виробництва чавуну та сталі, який відрізняється тим, що потік неокислювального газу, утворений після прямого відновлення, спочатку по транспортуючому трубопроводу вводять у сепаруючу камеру, де під впливом сили тяжіння відбувається принаймні часткове осадження частинок твердих речовин, причому сепаруюча камера має таку конструкцію, що відокремлення здійснюється також в результаті тангенціально утворюваного потоку, як у циклоні, а потім принаймні частково очищений газовий потік подають до під'єднаного сухого фільтра для відокремлення пилоподібних та дуже дрібних залишків твердих речовин, причому очищений газовий потік за допомогою відвідного трубопроводу відводять із сухого фільтра, а відокремлені частинки твердих речовин подають до накопичувача, причому фільтраційний корж відділяють від фільтра за допомогою неокислювального газу зворотного промивання і спрямовують до накопичувача, причому частинки твердих речовин і/або фільтраційний корж через під'єднання у накопичувачі промивають інертним газом, а потім із накопичувача завантажують до пресуючого пристрою і/або плавильного агрегату для обробки твердих речовин у формі частинок і/або фільтраційного коржа. 10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що газ для зворотного промивання, зокрема азот, під тиском, зокрема від 3 до 6 бар, за допомогою пристроїв для зворотного промивання для видалення фільтраційного коржа вводять у сухий фільтр, причому видалений фільтраційний корж подають до накопичувача. 11. Спосіб за п. 9 або 10, який відрізняється тим, що під час фази очищення, починаючи з моменту введення промивного газу у сухий фільтр, подачу газового потоку та твердих речовин у формі частинок блокують за допомогою регулятора і/або клапана. 12. Спосіб за одним із пп. 9-11, який відрізняється тим, що тверді речовини у формі частинок, зокрема дуже тонких, являють собою принаймні частково відновлене залізо, агломерати заліза або губчасте залізо. 13. Спосіб за одним із пп. 9-12, який відрізняється тим, що газовий потік утворюють із відновлювального газу і/або азоту або їх суміші. 14. Спосіб за одним із пп. 9-13, який відрізняється тим, що вимірюють перепад тиску на сухому фільтрі, і що при перевищенні попередньо заданого значення перепаду тиску здійснюють зворотне промивання сухого фільтра за допомого регулятора. 5 UA 101523 C2 15. Спосіб за одним із пп. 9-14, який відрізняється тим, що подачу твердих речовин у формі частинок здійснюють за допомогою газового потоку дискретно, зокрема циклічно, з регулюванням, почергово з циклом очищення, починаючи з подачі промивного газу. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6