УСТАНОВКА УТИЛИЗАЦИИ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП И СПОСОБ ИХ УТИЛИЗАЦИИ
INSTALLATION FOR RECYCLING OF LUMINESCENT LAMPS AND METHOD FOR THEIR RECYCLING

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для утилизации отработанных и дефектных люминесцентных ламп. Отработанные и дефектные люминесцентные лампы, с экологической точки зрения, являются опасным видом отходов, т.к. они содержат ртуть, адсорбированную в слое люминофора на внутренней поверхности стеклянных колб этих ламп. Вследствие этого отработанные и дефектные люминесцентные лампы необходимо обезвреживать в специальных установках, исключающих ртутное загрязнение окружающей среды.
Из предшествующего уровня техники известно устройство для сепарации паров ртути и твердых примесей, включающее вертикально расположенный корпус, патрубок подачи очищаемого газа и патрубок отвода очищенного газа, сборник конденсата ртути и твердых примесей. В верхней части корпуса установлен тангенциальный сопловой ввод для рабочей среды, корпус выполнен в виде цилиндра с диффузором и расширительной камерой в нижней части, сборник конденсата является одновременно сборником твердых примесей и выполнен в виде расширительной камеры, см. RU №220264, М.кл. C22B 43/00, 2003 г. [1].
В [1] реализован способ очистки газового потока от паров ртути и твердых примесей, заключающийся в закручивании потока рабочей среды и подачи в его центральную часть закрученного в том же направлении потока очищаемого газа. При этом твердые примеси с парами ртути отбрасываются на стенки корпуса, где пары ртути конденсируются и вместе с твердыми примесями накапливаются в сборнике, а очищенный газ (легкая фаза), отводится через диффузор, расширительную камеру и патрубок отвода.
Недостатком [1] является возможность уноса мелкодисперсного порошкообразного люминофора вместе с адсорбированной в нем ртутью и невозможность в этом процессе очистки лампового боя от люминофора.
Из патента RU №2050051, B02C 23/24, 1994 г. [2], известна вибрационная установка для утилизации люминесцентных ламп, в которой сепарация легкой фракции (люминофора) от более тяжелой смеси фракций (лампового боя) осуществляется посредством продувки вибрирующей камеры со смесью фракций с последующим улавливанием легкой фракции в системе газоочистки.
Недостатком [2] является сравнительно высокие энергозатраты на сепарирование люминофора, обусловленные значительными энергозатратами на создание вибраций камеры, заполненной ламповым боем (т.е. смесью фракций).
Наиболее близким аналогом как в части способа, так и в части устройства, выбранным в качестве прототипа заявленного изобретения, является установка и способ утилизации люминесцентных ламп, по пат. RU №2185256, М.кл. C22B 43/00, 2001 г. [3].
Согласно [3] способ переработки отработанных люминесцентных ламп включает передачу вибраций к смеси фракций (ламповому бою) и сепарацию легкой фракции (люминофора) из смеси более тяжелых фракций (стеклобоя с цоколями) в камере вибрационной установки за счет продувки смеси фракций воздухом. Вибрационная камера установки, реализующей этот способ, подключена к системе вытяжной вентиляции, снабженной средствами газоочистки. Указанная камера жестко соединена с вибратором и включает корпус с патрубками ввода и отвода фракций, а также сборник фракций с разгрузочным узлом.
Недостатком [3] является сложность конструкции и высокие энергозатраты при очистке лампового боя от люминофора.
Задачей, решаемой предложенным изобретением, является снижение энергозатрат и повышение эффективности сепарации люминофора из лампового боя при утилизации люминесцентных ламп.
Решение указанной задачи в части установки утилизации люминесцентных ламп обеспечено тем, что эта установка включает систему вытяжной вентиляции, подключенную к камере очистки лампового боя от люминофора, выполненную в виде двойного циклона, состоящего из соосных верхнего и нижнего циклонов. Верхний циклон частично расположен в нижнем циклоне и снабжен загрузочным узлом с тангенциальным патрубком для ввода аэросмеси фракций лампового боя. Нижняя часть нижнего циклона выполнена в виде сборника очищенных от люминофора компонентов лампового боя, являющихся смесью относительно тяжелых фракций, и снабжена узлом выгрузки этих фракций, выполненным в виде клапанного шарнирного затвора. В верхней части нижнего циклона, расположенной выше выходного среза верхнего циклона, установлен подключенный к системе вытяжной вентиляции тангенциальный патрубок для отвода аэросмеси относительно легкой фракции, представляющей собой порошкообразный люминофор. Выходной срез тангенциального патрубка верхнего циклона сориентирован спутно центральному вихревому потоку в этом циклоне, а входной срез тангенциального патрубка нижнего циклона сориентирован встречно периферийному вихревому потоку в нижнем циклоне.
Решение указанной задачи в части способа утилизации люминесцентных ламп обеспечено тем, что согласно этому способу утилизируемые лампы поштучно разрушают и формируют из лампового боя центральный вихревой поток аэросмеси фракций, который трансформируют в противоположно закрученный периферийный вихревой поток, при этом из области трансформации центрального вихревого потока сепарируют ламповый бой как смесь относительно более тяжелых фракций, а также люминофор как относительно легкую фракцию, из аэросмеси которой формируют периферийный вихревой поток, который отводят на улавливание люминофора, а относительно более тяжелые фракции в виде очищенного от люминофора лампового боя выводят за счет их собственного веса на дальнейшую переработку.
В отличие от прототипа в предложенном изобретении, сепарация относительно легкой фракции, т.е. люминофора из смеси фракций (люминофора с ламповым боем и цоколями), осуществляется в верхнем и нижнем циклонах двойного циклона. При этом из потока аэросмеси фракций сепарируют аэросмесь относительно легкой фракции (мелкодисперсного порошка люминофора) и смесь относительно более тяжелых фракций - стеклобоя с цоколями. Последующее отделение порошка люминофора от аэросмеси осуществляется в средстве газоочистки, например, за счет соответствующих фильтров, в которых улавливается люминофор. Очищенная от люминофора смесь относительно более тяжелых фракций в виде стеклобоя и цоколей выводится на последующую переработку. Таким образом, в применяемом оборудовании отсутствуют подвижные части (виброплатформа с вибратором), что значительно снижает энергозатраты и повышает эффективность сепарации.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид (продольный разрез) предложенного устройства; на фиг.2 - сечение В-В фиг.1.
Предложенный способ пояснен на основе описания работы установки.
Установка содержит камеру очистки лампового боя, выполненную в виде двойного циклона, состоящего из соосных верхнего 1 и нижнего 2 циклонов. Верхний циклон 1 закреплен в днище циклона 2 и частично заглублен в него на величину а. В верхней части циклона 1 расположен тангенциальный патрубок 3 для ввода аэросмеси фракций (лампового боя, состоящего из смеси стеклобоя с люминофором, ламповых цоколей и незначительного количества частиц цокольной замазки). Патрубок 3 подключен к загрузочному узлу 4, снабженному клапанным затвором 5 и измельчителем 6. Нижний циклон 2 снабжен тангенциальным патрубком 7 для отвода аэросмеси относительно легкой фракции (люминофора), расположенной выше выходного среза верхнего циклона 1. Нижняя часть циклона 2 выполнена в виде сборника относительно тяжелых фракций (очищенного от люминофора лампового боя) и снабжена выпускной частью с клапанным шарнирным затвором 8. В плане (см. фиг.2) тангенциальные патрубки 3 и 7 соответственно верхнего 1 и нижнего 2 циклонов расположены таким образом, что выходной срез патрубка 3 расположен спутно вихревому потоку в циклоне 1, а входной срез патрубка 7 расположен навстречу вихревому потоку в циклоне 2. Это необходимо для образования в указанных циклонах вихревых потоков с противоположной закруткой, образующихся при всасывании в двойной циклон через тангенциальные патрубки 3 и 7 продувочного агента (воздуха). Циклон 2 через тангенциальный патрубок 7 подключен к системе вытяжной вентиляции 9, снабженной средством газоочистки, например, с фильтрами тонкой очистки (условно не показаны). На фиг.1 позицией 10 показаны также перерабатываемые люминесцентные лампы. Следует отметить, что система вытяжной вентиляции 9 является по существу вакуумсоздающим средством, обеспечивающим работоспособность установки.
Установка работает следующим образом.
При включении системы вытяжной вентиляции 9, утилизируемые люминесцентные лампы 10 поштучно подаются в загрузочный узел 4, где под действием перепада давления засасываются и движутся с ускорением в направлении к верхнему циклону 1. На выходе из узла 4 лампы разрушаются измельчителем 6, образуя аэросмесь фракций (порошок люминофора со стеклобоем в виде стеклянных осколков различной конфигурации с максимальным размером до 15 мм, цоколей и пр.). Полученная аэросмесь фракций засасывается через тангенциальный патрубок 3 в верхний циклон 1, где вовлекается в вихревое движение в центральном вихревом потоке с интенсивным обдувом воздухом, обусловленным разницей скоростей твердых фракций и газовой фазы. В процессе вихревого вращения смесь фракций движется по нисходящим винтовым траекториям, при этом частицы стеклобоя и цоколи отбрасываются на стенку циклона, при движении по которой частицы трутся друг об друга, способствуя этим отделению и уносу относительно легкой фракции (мелкодисперсного порошка люминофора). При выходе из циклона 1 центральный вихревой поток аэросмеси фракций поступает в нижний циклон 2, где за счет изменения направления вращающего момента этот поток тормозится и распадается с формированием в осевой области циклона 2 ниже выходного среза верхнего циклона 1 турбулентной зоны торможения и распада центрального вихревого потока. В этой зоне кинетическая энергия газовой фазы падает до минимального значения, при которой этой энергии еще достаточно для удержания в ее турбулентных течениях относительно легкой фракции (люминофора), но недостаточно для удержания относительно тяжелых фракций, которые под действием собственного веса выпадают из этой зоны и накапливаются в нижней части циклона 2. Под действием перепада давления, создаваемого системой вытяжной вентиляции 9, аэросмесь легкой фазы движется в циклоне 2 к выходному патрубку 7, за счет тангенциального расположения которого в циклоне 2 образуется периферийный вихревой поток аэросмеси относительно легкой фракции с направлением закрутки, противоположным направлению закрутки центрального вихревого потока, т.е. центральный вихревой поток трансформируется в периферийный вихревой поток. Таким образом, аэросмесь относительно легкой фракции (люминофора) уносится вихревым потоком в нижнем циклоне 2 и отводится по тангенциальному патрубку 7 в средство газоочистки, снабженное, например, фильтрами тонкой очистки для улавливания люминофора. При загрузке в узел 4 очередной лампы 10 клапанный затвор открывается, при этом разрежение внутри циклонов 1 и 2 резко падает, что приводит к исчезновению присасывающей силы в выпускном узле, открыванию за счет этого клапанного шарнирного затвора 8 и высыпанию накопленной массы относительно тяжелой фракции (лампового боя и цоколей) в приемную емкость. При закрывании клапанного затвора 5 разрежение в циклонах 1 и 2 восстанавливается за короткий промежуток времени. При следующем открывании клапанного затвора 5 цикл повторяется. В моменты открывания и закрывания клапанного затвора 5 в объемах циклонов 1 и 2 происходят пульсации давления, что дополнительно способствует отделению относительно легкой фракции с созданием условий для разрушения конгломератов частиц фракций, при этом эффект самоочистки лампового боя от люминофора более выражен.
Изобретение прошло проверку в производственных условиях, которая показала, что наряду с высокой производительностью очистки чистота лампового боя, прошедшего очистку, выше предельных значений ПДК, установленных для ртути, что позволяет исключить его химическую демеркуризационную обработку. Снижение энергозатрат составило 25-30% (по сравнению с прототипом).