Установка для отриманняч мікросфери з водно-зольного потоку теплових електростанцій

Реферат: Установка для отримання мікросфери з водно-зольного потоку теплових електростанцій гідросепарацією має резервуари для переробки водно-зольного потоку, пристрої для знімання мікросфер, їх зневоднення, сушіння та затарювання. Резервуари для переробки воднозольного потоку з'єднані з ємностями для зневоднення, що містять у верхній частині нахилену сітку, до якої примикають піскові помпи, з'єднані із загальним відстійником мікросфер, який пов'язаний з аерофонтанною сушаркою. UA 91450 U (33) Код держави-учасниці KZ UA 91450 U UA 91450 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до споруд по переробці золи від спалювання вугілля з метою отримання алюмосилікатних мікросфер, які використовуються як наповнювачі для сухих будівельних сумішей та матеріалів, при виробництві пластмас, у фармацевтиці, для виробництва тампонажних розчинів при облаштуванні нафто- і газовидобувних свердловин та ін. При спалюванні вугілля в топках котлів ТЕС з мінеральних домішок утворюються алюмосилікатні порожнисті мікросфери - легкий сипучий дрібнодисперсний порошок, що складається з окремих сферичних порожнистих міцних частинок. Вміст порожнистих мікросфер в золі виносу на різних теплових електростанціях (ТЕС) змінюється від десятих часток відсотка до декількох відсотків. Розмір мікросфер змінюється від 5 до 500 мкм. Переважна кількість мікросфер має діаметр 50-150 мкм. Незважаючи на те, що мікросфери є незамінним компонентом в будівельних матеріалах і багатьох інших цінних матеріалах, в даний час зольні мікросфери разом з попелом виносу виводять на золовідвали, де вони накопичуються у великих кількостях і створюють додаткове екологічне напруження в районах електростанцій. Однією з причин того, що мікросфери на сьогоднішній день не виймаються в повному обсязі з водно-зольного потоку, є відсутність надійного та ефективного способу виділення мікросфер як товарного продукту з золи-винесення ТЕС. Відомий спосіб отримання алюмосилікатних мікросфер з золошлакових відходів теплоелектростанцій і піч для сушіння алюмосилікатних мікросфер (патент РФ № 2263634 від 11.10. 2004 року, аналог), за яким відділяють алюмосилікатні мікросфери від золошлакових відходів шляхом занурення названих відходів в рідину, збирають алюмосилікатні мікросфери з поверхні рідини і сушать у дві стадії, причому на першій стадії сушіння витримують алюмосилікатні мікросфери при температурі не нижче 2 °C до досягнення ними залишкової відносної вологості не більше 30 %, а на другій стадії сушіння нагрівають алюмосилікатні мікросфери до температури 100-300 °C в печі барабанного типу шляхом прямого контакту осушуваних алюмосилікатних мікросфер з нагрітими від зовнішнього джерела стінками барабана названої печі до досягнення ними відносної вологості не більше 3 %. Перша стадія сушіння відбувається природним способом навалом, тобто зняту з поверхні водно-зольного потоку мікросферу складують у зручному для цієї мети місці в приміщенні складу. Відносна вологість мікросфери при її складуванні перевищує 50 %. Далі при лежанні при коливаннях температури від 2 до 30 °C, надлишкова волога з мікросфери випаровується, стікає з її частинок, і коли мине 148 днів її відносна вологість опускається нижче 30 %. Після цього алюмосилікатну мікросферу відправляють на подальшу обробку. При цьому її очищають від різних небажаних включень (часток шлаку, каменів тощо) шляхом протирання, яке здійснюють, пропускаючи вологу мікросферу крізь сито з розміром вічка 10-20 мм. Після цього мікросфера надходить на вібролоток сушильної печі і далі - в сушильну камеру. При цьому стінки сушильної печі нагрівають до температури 280 °C у вхідній зоні, 230 °C в середній зоні і 190 °C у вихідний зоні. На виході з сушильної камери зі шнека сходить алюмосилікатна мікросфера, що має залишкову відносну вологість менше 3 %. Далі мікросфера, виходить з печі, охолоджується до 50 °C, розділяється на фракції за розміром частинок шляхом просіювання крізь сито і пакетується. Недоліками даного способу є, по-перше, тривалий термін природного випаровування вологи з неможливістю здійснення безперервного технологічного процесу, а по-друге, при зазначених температурах в сушильній печі фактично неможливо отримати вологість мікросфери менше 3 %. Водночас, основною вимогою споживачів мікросфери є її вологість не більше 0,5 %. Відомий спосіб отримання мікросфер з водної суспензії летючої золи теплових електростанцій, що включає гідросепарацію водної суспензії при швидкості низхідного потоку 57 м/ч, знімання спливлих мікросфер і їх зневоднення; причому вміст твердої фази в суспензії 825 мас. % (Патент РФ № 2013410 кл. С04В18/10, В03В5/64 від 30.05. 1994 p., прототип). У цьому способі отримання мікросфер з водної суспензії летючої золи теплових електростанцій, що включає гідросепарацію, знімання спливлих мікросфер і їх зневоднення, гідросепарацію суспензії здійснюють у низхідному потоці при швидкості його 5-7 м/ч, причому ця швидкість досягається за рахунок застосування системи резервуарів, які з'єднані між собою і дозволяють вільно перетікати суспензії з одного резервуара в інший. Дослідженнями встановлено, що при швидкості низхідного потоку суспензії 5-7 м/ч гідросепарація в ньому відбувається найбільш ефективно: спостерігається максимальний вихід мікросфер без застосування флокулянта; мікросфери, швидкість спливання яких більше швидкості низхідного потоку, концентруються у верхньому шарі суспензії, вилучення їх складає більше 80 %. До домішок, які забруднюють мікросфери, належать частинки незгорілого вугілля, частинки золи і 3 мікросфери щільністю більше 1000 кг/м , від їх змісту залежить якість матеріалів, в яких використовуються мікросфери. З практики відомо, що допустимий вміст домішок, які 1 UA 91450 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 забруднюють мікросфери, не повинен перевищувати 2 %. Найкращі результати при гідросепарації в низхідному потоці суспензії досягаються при вмісті твердого 8-25 %, так як відбувається максимальне виділення домішок. Експериментальним шляхом встановлено залежності показників вилучення мікросфер, питомої продуктивності по рідкому апарата для гідросепарації і відносної продуктивності його по виділенню мікросфер від швидкості низхідного потоку суспензії. Оптимальні значення цих показників отримані при швидкості низхідного потоку суспензії 5-7 м/ч - виймання мікросфер складає більше 80 %, відносна продуктивність апарата для гідросепарації по виділенню 3 2 мікросфер близька до одиниці, питома продуктивність його по рідині становить q ж=5-7 м /ч м . Питома продуктивність апарата по твердому може коливатися в широких межах залежно від заданого вмісту твердого в суспензії (С), при цьому найбільша питома продуктивність його досягається при С=25 %, а мінімально допустима при С=8 %. Недоліком даного способу є обмеженість його застосування вмістом твердої фази в суспензії в межах 8-25 мас. %, (максимальна продуктивність при вмісті золи 25 мас. %) в той час, як фактичний вміст золи (тверда фаза) в золоскидах різних ТЕС може перебувати в набагато менших межах. Крім того, вугільний недопал, розбиті мікросфери та інші домішки не видаляється з продукту даним способом, а ємності для гідросепарації рекомендовано встановлювати на технологічному майданчику на території ТЕС, що є неприпустимим. До недоліку даного способу належить відсутність опису надійного процесу зневоднення та сушіння мікросфери для отримання необхідної вологості. Відомий спосіб отримання мікросфер з водної суспензії летючої золи ТЕС гідросепарацією летючої золи ТЕС при надлишковому тиску не менше 1,5 Атм, зневоднення з допомогою сушки і виділення фракції мікросфер 0,3 мм (патент РФ № 2017696, кл. С04В18/10, В03В5 / 64 від 15.08. 1994,). Недоліком даного способу є обмеженість виділення і застосування фракції мікросфери 0,3 мм, використовуваної для теплоізоляції теплових агрегатів в металургії, будіндустрії, хімічній промисловості. Крім того, не зазначено спосіб гідросепарації і подачі водно-зольного потоку на гідросепарацію. Відомий спосіб отримання мікросфер з водної суспензії летючої золи теплових електростанцій включає в себе гідросепарацію, знімання спливлих мікросфер, їх зневоднення, сушку. При цьому знімання спливлих мікросфер здійснюють мобільною установкою ежекторною помпою з фільтруючою насадкою, при швидкості всмоктування водної суспензії 203 2 250 м /час з поверхні понтонного піддона площею 5-100 м , притиснутого до нижнього шару мікросфер, а розділення порожнистих мікросфер по фракціях виконують в багатоступінчатому обертовому барабанному класифікаторі з самоочисними поверхнями сіток для розсіву мікросфер (патент РФ № 2257667, кл. С04В18/10, В03В7/00 від 27.02. 2005р.). Відомий спосіб збору мікросфер з золи-винесення, відповідно до якого мікросфери з водної поверхні золовідвалу збирають за допомогою плаваючих бонів, відцентрової мотопомпи з подальшою фільтрацією суспензії (пат. РФ 2407593, КЛ.В03В7/00, Е02В15/04, від 20.06.2010г.). Спосіб, також, як і описаний вище, не дозволяє ефективно отримати якісні мікросфери. Автори патентів США № 4121945 та № 4652433 пропонують виділяти мікросфери з водної суспензії летючої золи ТЕС додаванням в неї різних реактивів, перемішуванням в послідовно встановлених змішувачах з додаванням в останній стадії змішування піноутворювача. На заключній стадії виділення мікросфер застосовують флотацію для максимального видалення неспаленого вуглецю, відстоювання і згущення залишеної частини зольних з концентрацією мікросфер в зливі знімання і зневоднення мікросфер. Недоліками даних способів є великі витрати і складність отримання мікросфер, так як технологія отримання мікросфер включає велику кількість операцій змішання, флотацію і видалення неспаленого вуглецю із застосуванням піноутворювача. Необхідність використання флоакулянтів для збільшення швидкості спливання мікросфер призводить до подорожчання процесу. Відомі способи виділення мікросфер з водної суспензії зольних відходів ТЕС, в яких практично відсутні хімічні реактиви, а використовуються спеціальні конструкції класифікаторів для виділення мікросфер (патенти РФ № 2047379, № 2080934). За пропозицією авторів даних патентів поділ матеріалів по щільності можна проводити в спеціальній ємності, яка забезпечена механічними пристосуваннями для збору мікросфер, їх відведення по трубопроводу за допомогою системи коромислів, противаг і запірної арматури. Запропоновані пристосування на думку авторів можуть працювати в безперервному автоматичному режимі на ТЕС. Основним недоліком даних винаходів є неефективність і низька продуктивність за кількістю одержуваної мікросфери. 2 UA 91450 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Відомо пристрій, за допомогою якого збирання мікросфер проводиться за допомогою скріплених один з одним бонів, в нижній частині забезпечених пристосуванням для утримання обважнювача, відцентрової помпи і тягового механізму. Це дозволяє збільшити площу збору мікросфер і зменшити трудомісткість. На дамбі під МКР встановлюється спеціальний водовідвідний жолоб, суспензія з якого надходить у додатковий МКР, що дозволяє більш ефективно вести збирання мікросфер в режимі, що щадить екологію (патент РФ № 2407857). Відомі спосіб і пристрій збору мікросфер із золи винесення включає операції гідросепарації водної суспензії, витягнення мікросфер і їх зневоднення. При цьому спочатку виконують розпушування відкладень золовідвалу. Збір спливлих мікросфер виконують за допомогою плаваючих бонів і тягової лебідки. Для збору мікросфер з поверхні золовідвалу використовують відцентрову мотопомпу. При цьому на дамбі під фільтруючим контейнером встановлюють водовідвідний жолоб, суспензія з якого надходить у додатковий фільтруючий контейнер. Після чого виконують остаточне водовідтиснення і додаткове бонування зони скидання водної суспензії. Спосіб здійснюється за допомогою пристрою, що включає землесосний снаряд, скріплені між собою поліпропіленові бони довжиною близько 30 м і шириною близько 0,5 м, забезпечені в нижній частині пристосуванням для утримання обважнювача, тягову лебідку і відцентрову мотопомпу. На дамбі під фільтруючим контейнером встановлено водовідвідний жолоб, з можливістю надходження суспензії в додатковий фільтруючий контейнер. Відомий гідросепаратор для розділення матеріалів за питомою вагою, в тому числі для виділення мікросфер із золошлакових відходів ТЕС (Патент РФ № 2033269 від 20.04.1995 p.), що складається з чана з розташованим в його периферії зливним порогом, всередині якого встановлено уловлювальне кільце і живильна труба по центру чана. Гідросепаратор забезпечений конічною обичайкою, що розширюється донизу і прикріплена до нижньої частини уловлювального кільця. Обичайка забезпечує можливість збору найбільш легких фракцій мікросфер. Недоліком даної конструкції є малий обсяг водно-зольного потоку, що переробляється в одиницю часу, а також відсутність пристосування або способу для примусового відділення мікросфери від часток прилиплої золи, що значно зменшує обсяг витягнутої мікросфери, яка забирається разом з золою. Крім того, даний гідросепаратор може ефективно працювати тільки при високій концентрації мікросфери у водно-зольному потоці. Відомо також пристрій для виділення порожнистих мікросфер з золошлакової пульпи (Патент РФ № 2047379 від 10.11.1995 p.), що складається з корпусу з патрубками підведення і відведення пульпи і пристосування для збору мікросфери, виконаного у вигляді коромисла з приймальною ємністю на одному плечі і противагою на іншому. Плечі коромисла пов'язані з клапанами, один з яких розташований в трубопроводі для відводу мікросфери, а інший замикає патрубок для відводу пульпи. При розбалансуванні коромисла, викликаного накопиченням мікросфер, здійснюється переміщення клапанів. Недоліком даної конструкції є складність регулювання клапанів і їх вихід з ладу в результаті залишкової мікросфери, видалення якої з клапана в процесі роботи проблематично, а також спосіб і місце установки самого пристрою, який повинен встановлюватися безпосередньо в зольній канавці котла ТЕС. Це може створити перешкоду у вигляді порушення технологічного режиму роботи ТЕС. До недоліку також належить відсутність пристосування або способу для примусового відділення мікросфери від частинок прилиплої золи, що значно зменшує обсяг витягнутої мікросфери, яка несеться разом із золою. Крім того, даний пристрій ефективно може працювати тільки при високій концентрації мікросфери в пульпі. Проведений аналіз показав, що в даний час на практиці освоєний тільки один спосіб отримання алюмосилікатних мікросфер із золи від спалювання вугілля на ТЕС при гідровидаленні золи - це збирання з водної поверхні золовідвалу (патент РФ № 2013410 кл. С04В18/10, В03В5/64 від 30.05.1994 p., прототип). При достатній глибині озера відбувається природна флотація мікросфери, так як її об'ємна вага значно менше, ніж у води. Однак таким чином вдається зібрати лише незначну частину мікросфер, що утворилися при згорянні вугілля. По-перше, таким способом можна зібрати мікросфери тільки в теплу пору року - від 5 до 6 місяців. По-друге, в природному стані спливають не всі мікросфери, від 0,5 до 1 % від кількості спалюваного вугілля. Крім того, такі мікросфери мають домішки аналогічних легких частинок, а також незгорілих частинок вугілля. Технічний результат, що досягається пропонованої корисною моделлю, полягає у максимальному вилученні мікросфери з водно-зольного потоку ТЕС. Технічна задача, що вирішується, полягає в тому, щоб створити ефективну установку для виділення і сушки мікросфер із зольних винесень ТЕС з використанням доступних засобів, отримати товарні фракції даного продукту із заданими характеристиками. 3 UA 91450 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Задачею корисної моделі є ефективність, технічна надійність та інтенсифікація вилучення мікросфер за рахунок створення стаціонарної установки, яка розташовується не на технологічній території ТЕС, працює цілодобово протягом року, забираючи водно-зольний потік золоскиду ТЕС, переробляючи його і повертаючи на золоприймальник. Технічний результат і поставлена задача досягаються нижче описуваною конструкцією установки для одержання порожнистих алюмосилікатних мікросфер з водно-зольного потоку теплових електростанцій, що включає в себе гідросепарацію, знімання спливлих мікросфер, їх зневоднення, сушіння і затарювання. Як показано на фіг. 1 установка модульного типу для отримання мікросфери з воднозольного потоку ТЕС містить загальний приймальний резервуар 1, що приймає водно-зольний потік по патрубку 5 з золопроводу 6 ТЕС, а кожен модуль складається з трьох каскадне розташованих циліндричних резервуарів 2, 3 і 4, що мають патрубки 7 введення і виведення водно-зольного потоку і виведення мікросфери 10, загальний відстійник 8 водно-зольної суміші з трубопроводом 9 повернення водно-зольного потоку в золопровід 6, крім того, загальний відстійник 11 мікросфери, аерофонтанну сушарку 12 попереднього зневоднення мікросфери, піч 13 остаточного сушіння мікросфери і цех затарювання 14. Це ознаки раніше відомих пристроїв. Відмінними ознаками є пристрій для одночасного знімання мікросфери та її зневоднення, який показано на фіг. 2. Пристрій складається з ємності 15 з приєднаною пісковою помпою 16 і шламовою помпою 17, при цьому ємність 15 має патрубок 18 для введення суміші мікросфери з водно-зольним потоком і похилу сітку 19 з чарунками не менше 10 мкм, встановлену під кутом не менше 30°. Як показано на фіг. 1: водно-зольний потік з золопроводу 6 ТЕС по патрубку 5 подається в приймальний резервуар 1, звідки помпою по патрубках 7 подається в каскадом встановлені резервуари 2, 3 і 4. У цих резервуарах відбувається спливання і знімання мікросфери, яка по патрубках 10 подається у відстійник 11. Звільнена від мікросфери водно-зольна суміш подається у відстійник 8 і далі по трубопроводу 9 повертається в золопровід 6. Таким чином, замикається цикл подачі водно-зольної суміші від ТЕС в золоприймач, а на установці залишається виймана мікросфера. З відстійника водно-зольної суміші мікросфера, що спливла, також подається у відстійник 11, а з нього водно-зольна суміш, що осіла, подається у відстійник 8. З відстійника 11 волога мікросфера подається в аерофонтанну сушарку 12 мікросфери, а потім у піч 13 остаточного сушіння і далі в цех 14 затарювання. Кожен з резервуарів 2, 3, 4 і 8 з'єднаний з ємностями 15 (фіг. 2), в які по патрубку 18 стікає виділена суміш 20 мікросфери з водно-зольною сумішшю, яка фільтрується на сітці 19, що розташована під кутом не менше 30°. Таким чином, відбувається зневоднення мікросфери, яка відкачується пісковою помпою 16, а відстояна водно-зольна суміш відкачується шламовою помпою 17 в загальний потік. Пропонована установка може приєднуватися до труб золоскида ТЕС в будь-якому місці, працює безперервно протягом року, з водно-зольного потоку витягується практично вся мікросфера і за рахунок цього кількість мікросфери, що збирається, збільшується мінімум в 2,5 разу в порівнянні з існуючими та пропонованими способами, реалізованими на раніше пропонованих пристроях, а після зневоднення в аерофонтанній сушарці і сушіння в печах вологість мікросфери може бути досягнута будь-якого результату, зокрема не більше 0,5 %. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 1. Установка для отримання мікросфери з водно-зольного потоку теплових електростанцій гідросепарацією, яка має резервуари для переробки водно-зольного потоку, пристрої для знімання мікросфер, їх зневоднення, сушіння та затарювання, яка відрізняється тим, що резервуари для переробки водно-зольного потоку з'єднані з ємностями для зневоднення, що містять у верхній частині нахилену сітку, до якої примикають піскові помпи, з'єднані із загальним відстійником мікросфер, який пов'язаний з аерофонтанною сушаркою. 2. Установка для отримання мікросфер за п. 1, яка відрізняється тим, що ємність з приєднаними пісковими помпами і шламовою помпою має патрубок, що слугує для введення суміші мікросфери з водно-зольним потоком. 3. Установка для отримання мікросфер за п. 1, яка відрізняється тим, що виконана з можливістю приєднання до труб золоскида ТЕС в будь-якому місці за допомогою патрубка і з можливістю безперервної роботи протягом року в усіх кліматичних сезонах. 4. Установка для отримання мікросфер за п. 1, яка відрізняється тим, що є пристроєм для одночасного знімання мікросфери та її зневоднення. 4 UA 91450 U 5. Установка для отримання мікросфер за п. 1, яка відрізняється тим, що нахилена сітка забезпечена чарунками не менше 10 мкм. 6. Установка для отримання мікросфер за п. 1, яка відрізняється тим, що нахилена сітка з чарунками встановлена під кутом не менше 30°. 5 UA 91450 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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