СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРУБОГО ОТДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ ОТ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТВЕРДЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ ГАЗОВ
METHOD AND DEVICE FOR COARSE SEPARATION OF SOLID PARTICLES FROM GASES CONTAMINATED WITH SOLID SUBSTANCES

Изобретение относится к способу и устройству для грубого отделения частиц твердых веществ от загрязненных твердыми веществами газов. Кроме того, изобретение относится к способу обработки исходных материалов в виде частиц посредством обрабатывающих газов в реакторе, в частности в зоне псевдоожижения при повышенной температуре.
Из ЕР 1397521 известно, что выходящие из реактора для обработки материала в виде частиц, загрязненные твердыми веществами обрабатывающие газы подаются к сепарирующему устройству, например циклону. За счет процесса в зоне псевдоожижения, например в вихревом слое, твердые вещества выносятся вместе с обрабатывающим газом. В циклоне происходит отделение этого твердого вещества от обрабатывающего газа, причем твердое вещество снова возвращается в реактор. При этом недостаток в том, что при возврате твердых веществ в реактор крупные частицы могут привести к засорению загружающих устройств.
Задачей изобретения является создание способа и устройства, которые обеспечивали бы надежное отделение твердых веществ от загрязненного ими газа и позволили бы избежать названных недостатков уровня техники.
Эта задача решается в части устройства в соответствии с отличительной частью п.1, а в части способа - в соответствии с отличительной частью п.10 формулы.
С помощью предложенного устройства можно отделять твердые вещества от загрязненного ими газа. Твердые вещества часто выходят вместе с обрабатывающими газами из реакторов, используемых для восстановления материала в виде частиц. В частности, при эксплуатации зоны псевдоожижения известно, что твердые вещества выносятся вместе с обрабатывающим газом. Эти твердые вещества должны отделяться от него и снова подаваться в реактор. Из-за зоны псевдоожижения могут произойти очень сильные выбросы, причем захватываются также крупные частицы твердых веществ. Благодаря предложенному устройству выносимые или выбрасываемые из реактора частицы твердых веществ подаются в продолжение трубопровода в виде глухого отверстия, тогда как газ течет в дугообразный отводящий трубопровод. Это предотвращает отток крупных частиц твердых веществ вместе с газом. Они остаются в расположенном по существу вертикально или наискось подводящем трубопроводе, так что грубое отделение происходит непосредственно. При этом предпочтительно, что устройство обходится без подвижных частей и что частицы твердых веществ надежно остаются в подводящем трубопроводе. Благодаря предложенному устройству можно в значительной степени избежать выноса частиц твердых веществ, в частности крупных частиц, так что при дальнейшей обработке загрязненного твердыми веществами газа проблем из-за них не возникает.
Согласно одному предпочтительному выполнению устройства, положение дугообразного, по меньшей мере, на отдельных участках отводящего трубопровода на подводящем трубопроводе выбирается таким образом, чтобы длина продолжения трубопровода соответствовала приблизительно высоте дугообразного отводящего трубопровода. За счет согласования длины продолжения трубопровода пространство, в которое попадают частицы твердых веществ, может быть согласовано в соответствии с эксплуатационными параметрами, например рабочими давлениями. В соответствии со скоростью течения и объемным потоком загрязненного твердыми веществами газа устанавливается длина продолжения трубопровода. Поскольку дугообразный отводящий трубопровод влияет на аэродинамическое сопротивление, предпочтительным оказалось решение, когда длина продолжения трубопровода приблизительно соответствует высоте отводящего трубопровода.
Согласно другому предпочтительному выполнению устройства, длина продолжения трубопровода в 0,3-3, в частности 0,5-1 раз, больше диаметра в свету подводящего трубопровода. За счет комбинации диаметра в свету и длины можно в соответствии с величиной частиц твердых веществ достичь существенного грубого отделения. При этом используется их инерционность.
Согласно изобретению, радиус кривизны дугообразного отводящего трубопровода в форме дуги окружности или образованной прямыми сегментами дуги, в 3-5 раз больше диаметра в свету дугообразного отводящего трубопровода. Этот вариант оказался предпочтительным в отношении свойств течения и связанного с отклонением падения давления. В качестве альтернативы можно образовать форму дуги также несколькими сегментами. Это является экономичной альтернативой форме дуги окружности.
Согласно особому выполнению устройства, диаметры в свету подводящего и отводящего трубопроводов приблизительно равны. Таким образом, внутреннее проходное сечение приблизительно постоянное, так что и падение давления в устройстве можно поддерживаться низким. Это предпочтительно также в отношении последующих агрегатов для обработки загрязненного твердыми веществами газа.
Согласно предпочтительному выполнению устройства, сечения подводящего трубопровода и/или дугообразного отводящего трубопровода кругообразные, причем они имеют в зоне впадения продолжения в виде глухого отверстия в дугу плоские стеновые участки, которые для усиления снабжены ребрами. За счет кругообразного сечения предпочтительно достигается небольшое аэродинамическое сопротивление в устройстве. В зоне дуги за счет продолжения трубопровода в виде глухого отверстия возникают два плоских стеновых участка. При выполнении нагружаемого давлением трубопровода они усиливаются ребрами.
В другом возможном выполнении устройства предусмотрено, что крышка продолжения трубопровода в виде глухого отверстия имеет плоскую внутреннюю поверхность, расположенную горизонтально и/или перпендикулярно оси подводящего трубопровода, или выпуклую поверхность, соответствующую торосферическому днищу или полусфере и т.п. Под торосферическим днищем следует понимать форму купола, имеющую меньшую, близкую к краю кривизну и большую центральную кривизну.
Подводящий трубопровод может быть расположен либо вертикально, либо наискось или может быть выполнен также S-образным, чтобы усилить отклонение.
Частицы твердых веществ выносятся или также выбрасываются вместе с обрабатывающим газом из реакторов, имеющих зону псевдоожижения, часто с очень высокими скоростями. Следовательно, эти частицы твердых веществ попадают с отчасти высокой скоростью на крышку в продолжении трубопровода и отражаются от нее, в результате чего частицы твердых веществ на основе силы тяжести попадают по подводящему трубопроводу снова в реактор. За счет характеристики многих реакторов с зоной псевдоожижения частицы твердых веществ выбрасываются не непрерывно, а только при определенных условиях давления. Таким образом, выносимые частицы твердых веществ попадают только в подводящий трубопровод и в продолжение трубопровода или снова падают в реактор. Для этого принято располагать предложенное устройство над реактором.
Согласно изобретению, в отводящем трубопроводе для охлаждения предварительно очищенного газа предусмотрено присоединение для ввода потока охлаждающего газа в предварительно очищенный газ. Это обеспечивает, с одной стороны, установление заданной температуры в газе после устройства и, тем самым, подготовку к дальнейшей обработке загрязненного твердыми веществами газа.
Согласно специальному выполнению устройства, в подводящем трубопроводе в зоне дугообразного отводящего трубопровода предусмотрено закрываемое отверстие для внутренней очистки, в частности для удаления отложений. При использовании устройства в случае горячего, загрязненного твердыми веществами газа могут возникать отложения или спекания. За счет отверстия возможна простая внутренняя очистка или удаление таких спеканий, а, кроме того, могут проводиться проверки устройства.
Предложенный способ грубого отделения частиц твердых веществ от загрязненных твердыми веществами газов отличается простой концепцией. По подводящему трубопроводу к одной его торцевой стороне подаются загрязненные твердыми веществами газы. Другой торцевой конец подводящего трубопровода закрыт крышкой. Дугообразный отводящий трубопровод расположен на подводящем трубопроводе таким образом, что образуется продолжение в виде глухого отверстия для приема частиц твердых веществ, причем попавшие в подводящий трубопровод твердые вещества за счет своей инерционности попадают в продолжение трубопровода и при этом, по меньшей мере, частично отделяются от газа. Газ с оставшимися твердыми веществами отводится по отводящему трубопроводу. Следовательно, в дугообразный отводящий трубопровод могут попадать вместе с газом только очень мелкие частицы твердых веществ, так что большая часть твердых веществ остается в подводящем трубопроводе. Однако, прежде всего, благодаря способу достигается то, что крупные частицы твердых веществ не попадают вместе с газом в отводящий трубопровод. Это является существенным преимуществом, поскольку на последующих этапах обработки газа частицы твердых веществ размером, прежде всего, более 5-10 мм могут создать значительные проблемы. При этом предпочтительно, что за счет использования инерционности частицы твердых веществ отделяются, в результате чего не требуется никаких отклонений или сложных этапов способа.
Согласно одному особенно предпочтительному выполнению способа, отделенные в продолжении трубопровода твердые вещества за счет силы тяжести снова выносятся через подводящий трубопровод. Это простейшее решение обеспечивает не только надежное удаление отделенных частиц твердых веществ, но и делает также ненужными соответствующие устройства для удаления.
В одном возможном выполнении способа предусмотрено, что во время выноса отделенных твердых веществ через подводящий трубопровод скорость осаждения твердых веществ в продолжении трубопровода выше скорости загрязненного ими газа в подводящем трубопроводе. Следовательно, поскольку скорость осаждения твердых веществ выше скорости газа, частицы твердых веществ могут выноситься через подводящий трубопровод.
В другом выполнении способа предусмотрено, что отделенные твердые вещества отражаются от крышки продолжения трубопровода и отбрасываются обратно в подводящий трубопровод. При высоких скоростях газа и частиц твердых веществ частицы ударяются о крышку с высокой скоростью, а затем снова падают обратно в подводящий трубопровод.
В соответствии с одним выполнением способа к предварительно очищенному газу для охлаждения подмешивается поток охлаждающего газа. После грубого отделения температура предварительно очищенного газа может быть установлена для дальнейшей обработки. Это осуществляется за счет подмешивания потока охлаждающего газа, так что могут охлаждаться, например, очень горячие газы.
Согласно одному предпочтительному выполнению способа, оставшиеся в предварительно очищенном газе твердые вещества отделяются в дополнительном сепарирующем устройстве. За счет предварительного грубого отделения и, при необходимости, снижения температуры газа он может быть оптимально подготовлен для последующих сепарирующих устройств, так что сепарирующее устройство обеспечивает максимально высокий к.п.д. и бесперебойную эксплуатацию. В частности, при использовании циклонных сепараторов необходимо соответственно снизить температуру горячих газов и соблюдать определенную скорость течения. За счет предварительного грубого отделения крупные частицы твердых веществ надежно отделяются и позволяют соблюдать достаточно высокую скорость течения, в результате чего достигается оптимальное отделение в циклоне или других сепарирующих устройствах.
Задача изобретения решается далее в части способа обработки исходных материалов в виде частиц в соответствии с отличительной частью п.16 формулы.
Способ обработки исходных материалов в виде частиц, в частности рудной мелочи, осуществляется посредством обрабатывающих газов в реакторе, в частности в зоне псевдоожижения, и при повышенной температуре. Загрязненный твердыми веществами обрабатывающий газ выводится из реактора за счет реакций в нем, которые могут иметь также взрывной характер, и подается к устройству по одному из п.п.1-8.
При эксплуатации зон псевдоожижения известно, что в реакторе постоянно возникают пики давления, которые могут привести к выбросу из реактора не только пыли и мелких частиц твердых веществ, но и крупных частиц размером более 5-10 мм. Такие частицы являются потенциальными причинами сбоев, поскольку могут возникать спекания, отложения, а также уменьшение проходных сечений вплоть до засорений. Предложенный способ позволяет избежать этого круга проблем.
Загрязненные твердыми веществами обрабатывающие газы подаются по подводящему трубопроводу, причем попавшие в подводящий трубопровод твердые вещества за счет своей инерционности попадают в продолжение трубопровода и, по меньшей мере, частично отделяются от обрабатывающего газа. Предварительно очищенный обрабатывающий газ отводится по отводящему трубопроводу. Отделенные в продолжении трубопровода твердые вещества за счет силы тяжести снова направляются по подводящему трубопроводу в реактор. Таким образом, потери за счет выброшенных частиц твердых веществ, например рудной мелочи или мелких железных руд, можно поддерживать на низком уровне.
Согласно одному предпочтительному варианту способа, оставшиеся в предварительно очищенном обрабатывающем газе твердые вещества отделяются в дополнительном сепарирующем устройстве, причем эти твердые вещества возвращаются в реактор через инжектор. Таким образом, можно возвращать в реактор и, тем самым, в процесс почти все вынесенные с обрабатывающим газом частицы твердых веществ. Потери ценных компонентов, например руды, можно тем самым поддерживать на очень низком уровне.
Согласно другому особенно предпочтительному варианту способа, он представляет собой способ восстановления. В способах восстановления за счет вынесенного с обрабатывающим газом, частично или, в основном, восстановленного материала, например руд или железной руды, могут возникать значительные потери, поскольку ценный компонент, восстановленный материал приходится снова сложным образом обрабатывать и заново загружать. Предложенный способ позволяет в значительной степени избежать этого.
Изобретение более подробно описано на примере его возможного осуществления. На чертежах изображают:
- фиг.1: возможное выполнение устройства для грубого отделения;
- фиг.2: расположение устройства над реактором для термически-металлургической обработки материала;
- фиг.3: расположение устройства над реактором для термически-металлургической обработки материала с расположенным наискось подводящим трубопроводом.
На фиг.1 изображен расположенный по существу вертикально подводящий трубопровод 1, соединенный с источником загрязненных твердыми веществами газов. Обычно устройство с подводящим трубопроводом 1 расположено над таким источником (реактор 8, фиг.2). Во множестве металлургических способов, таких как способы восстановления или другие металлургически-термические способы, частицы твердых веществ возникают с технологическими газами способа (обрабатывающие газы). В случае малых размеров частиц они захватываются газовыми потоками, в частности при высоких скоростях, как они часто возникают. Например, известно, что в способах с вихревым слоем, основанных на зоне псевдоожижения, постоянно возникают взрывные и связанные с высокими скоростями движения в зоне псевдоожижения. Они приводят через трубопроводы к выносу обрабатывающего газа, так что возникают загрязненные твердыми веществами газы G, дальнейшая обработка которых является сложной и дорогостоящей. В случае выноса твердых веществ из реактора с зоной псевдоожижения загрязненный ими газ G поступает по подводящему трубопроводу 1 в предложенное устройство. При этом частицы твердых веществ отбрасываются в пространство в виде глухого отверстия, образованное продолжением 5 трубопровода. За счет инерционности частиц твердых веществ их преобладающая часть остается в продолжении 5 трубопровода и не попадает в дугообразный отводящий трубопровод 2.
Оставшиеся в продолжении 5 трубопровода частицы твердых веществ попадают под действием силы тяжести по подводящему трубопроводу 1 обратно в реактор, из которого они были выброшены. Таким образом, для выноса частиц твердых веществ из устройства не требуется никаких дополнительных устройств.
Отводящий трубопровод 2 выполнен в зоне впадения в подводящий трубопровод 1 дугообразным для обеспечения беспрепятственного течения газа. Дугообразный отводящий трубопровод 2 может быть выполнен на своем свободном конце произвольным для обеспечения присоединения к другим обрабатывающим устройствам.
На фиг.2 дугообразный отводящий трубопровод может быть соединен с другим сепарирующим устройством, например циклоном 9. Этим достигается, по меньшей мере, двухступенчатое отделение с грубым отделением, последующим тонким отделением и, при необходимости, возвратом отделенных на втором этапе частиц твердых веществ в реактор. Обычно к уже предварительно очищенному во время предварительного отделения газу через присоединение 6 добавляется охлаждающий газ, причем температура газа соответственно согласовывается, большей частью понижается. Как обозначено на фиг.2, большое число предложенных устройств может использоваться в сочетании с реактором 8.
Предпочтительно подводящий трубопровод 1 имеет в зоне дугообразного отводящего трубопровода 2 закрываемое отверстие 7. Оно обеспечивает доступ внутрь устройства и внутреннюю очистку. У большого числа загрязненных твердыми веществами газов возникают отложения или спекания в устройствах, в которых направляется газ. За счет отверстия 7 возможно простое устранение отложений или инспекция устройства.
При необходимости, устанавливается число устройств для грубого отделения на каждый источник загрязненных твердыми веществами газов. Обычные реакторы технически могут быть оборудованы 4-8 устройствами для грубого отделения. На фиг.2 изображено косое присоединение 10 трубопровода к реактору 8 с вертикальным подводящим трубопроводом 1 и вертикальным продолжением 5 в виде глухого отверстия. Продолжение 5 может располагаться также в осевом удлинении присоединения 10.
Отделенные в циклоне 9 частицы 11 твердых веществ могут быть возвращены в реактор через инжектор (не показан).
На фиг.3 подводящий трубопровод 1 расположен наискось, так что возникает S-образный трубопровод от реактора в устройство, в результате чего отклонение может быть еще больше усилено.