ГАЗООЧИСТНОЙ БЛОК ОЧИСТКИ ЭЛЕКТРОЛИЗНЫХ ГАЗОВ С ГАЗООЧИСТНЫМ МОДУЛЕМ, СОДЕРЖАЩИМ ФИЛЬТР РУКАВНЫЙ И РЕАКТОР
GAS CLEANING UNIT OF CLEANING ELECTROLYSIS GASES WITH GAS-WASHING MODULE CONTAINING A SLEEVE FILTER AND REACTOR

Область техники
Изобретение относится к цветной металлургии и предназначено для очистки газов электролизного производства алюминия от фтористого водорода и других примесей, с обеспечением высокой степени очистки (более 99%), с возвратом адсорбционного материала в производство.
Уровень техники
В процессе электролиза алюминия, в электролизерах образуются следующие загрязняющие вещества: оксид и диоксид углерода, диоксид серы, фтористый водород, твердые фториды, пыль, смолистые вещества.
Для очистки газов от пыли и взвешенных веществ сухим способом, могут быть применены: пылевые камеры, циклоны, электрофильтры различного типа, которые используют гравитационные, центробежные и электростатические силы.
Однако применение данных аппаратов связано со следующими проблемами:
Пылевые камеры - устройства, работа которых основана на силе тяжести. В условиях очистки электролизных газов данные устройства малоприменимы, т.к. они улавливают только крупнодисперсную пыль и к тому же склонны к зарастанию смолистыми веществами, содержащимися в газах.
Циклоны - более эффективные устройства в сравнении с пылевыми камерами, основанные на использовании центробежной силы, однако также практически не применяются для очистки электролизных газов от пыли вследствие того, что их применение эффективно, когда медианный размер улавливаемых частиц пыли составляет более 10 мкм.
Электрофильтры - аппараты получившее широкое применение для очистки электролизных газов от пыли и смолистых веществ, основанные на электростатическом способе очистке газов. Эффективность очистки газов от пыли (включая мелкодисперсную пыль) и смолистых веществ в данных аппаратах весьма высока.
Основным недостатком вышеуказанных способов и устройств является невозможность их применения для очистки газов от соединений фтористого водорода, выделяющихся в процессе электролиза алюминия. Предложенное изобретение направлено на эффективную очистку газов от соединений фтористого водорода, выделяющихся в процессе электролиза алюминия, с обеспечением высокой степени очистки (более 99%) и возвратом адсорбционного материала в производство.
3
3
Фтористый водород - бесцветный газ легче воздуха. В отходящих от электролизера газах, наибольшее количество составляют окислы углерода и фтористые соединения. Наибольшую опасность представляет фтористый водород, действие которого на человека приводит к раздражению слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, при длительном воздействии возможны кровоизлияния и язвы дыхательных путей, отек легких, поражение мышцы сердца, флюороз. Согласно нормативам ПДК (предельно-допустимая концентрация) в воздухе рабочей зоны фтористого водорода составляет 0,5 мг/м, а в воздухе населенных пунктов 0,02 мг/м. Соответственно, при проектировании газоочистных сооружений для электролизного производства очистке газов от фтористого водорода отводится первостепенное значение.
3
6
3
Основным источником образования фтористого водорода в процессе получения первичного алюминия в электролизере являются криолит (NaAlF) и фтористый алюминий (AlF).
Образование фтористого водорода в электролизере происходит следующим способом.
В процессе электролиза при контакте анода электролизера, содержащего в адсорбированном виде в угольной матрице молекулы водорода, с криолитом происходит следующая реакция:
3
6
2
NaAlF+1,5H=Al+3NaF+3HF↑
Другой источник выделения фтористого водорода заключается во взаимодействии криолита и фтористого алюминия с влагой:
3
6
2
2
3
2NaAlF+3НО↑=AlO+6NaF+6HF↑
3
2
2
3
2AlF+3НО↑=AlO+6HF↑
Далее образовавшиеся в расплаве электролита пузырьки газов испаряются с его поверхности при нарушении глиноземной корки и попадают в систему газоудаления, по которой транспортируются на газоочистку.
2
3
На сегодняшний день на электролизных заводах применяются два метода очистки электролизных газов от фтористого водорода. Это абсорбционная (мокрая) очистка с применением в качестве абсорбента водного раствора кальцинированной соды (NaCO) и адсорбционная (сухая) очистка с применением в качестве адсорбента окиси алюминия (глинозема).
При абсорбционном методе очитки электролизные газы орошаются в специальных устройствах (скрубберах различной конструкции, пенных аппаратах) содовыми растворам с концентрацией соды 25-50 г/л.
В процессе газоочистки протекает следующая реакция:
2
3
3
HF+NaCO=NaF+NaHCO
При достижении концентрации фтористого натрия (NaF) растворе 15-25 г/л его откачивают в отделение регенерации для варки вторичного криолита.
При адсорбционном методе очистки используются реакторы различной конструкции, в которых происходит смешение очищаемых газов с частицами глинозема и установленные за ними рукавные фильтры.
В процессе контакта частиц газов с частицами глинозема происходит следующая реакция:
2
3
2
3
3
2
HF+AlO→AlO*nHF→AlF+HO (газ)
Процесс адсорбции фтористого водорода осуществляется в две стадии. Первая стадия осуществляется в реакторе, вторая, завершающая стадия, осуществляется на фильтровальных рукавах фильтра. При продувке фильтровальных рукавов импульсами осушенного сжатого воздуха, глинозем падает в бункерную часть фильтра, откуда часть его может вновь подаваться в реактор на рециркуляцию, а большая часть откачивается в прикорпусные силоса и далее подается в электролизеры.
К преимуществам метода «сухой» адсорбционной очистки по сравнению с «мокрой», основанной на абсорбции фтористого водорода щелочными растворами, следует отнести:
- высокую эффективность улавливания фтористых соединений, пыли и смолистых веществ;
- отсутствие гидрохимических переделов, растворопроводов, шламонакопителей и затрат на их обслуживание;
- более высокий процент использования уловленных фтористых соединений в электролизном производстве за счет их прямого возврата вместе с глиноземом.
Известны устройства очистки газов, представляющие собой трубы Вентури, в которых для очистки от газообразных загрязняющих веществ применяются водные щелочные растворы, в частности реактор для аэрации текучей среды, содержащей взвесь из минеральных частиц с воздухом или любым другим подходящим кислородсодержащим газом, что необходимо, например, в аэробном бактериальном выщелачивании (патент AU 2139131, МПК B01F 3/04, B01F 5/04, C02F 3/14, опубл. 10.10.1999).
В свою очередь предложенное изобретение не ограничено одним применением и может быть распространено на аэрацию любых сочетаний:
газ - жидкость;
газ - жидкость - твердое вещество;
газ - жидкость - твердое вещество - микробиологические системы.
Известно устройство по патенту РФ №2132219 (МПК B01D 46/32) для очистки газов и пыли посредством пропускания подлежащего очистке газа через поток гравитационно-движущегося фильтрующего сыпучего материала, которому придается волнообразный характер движения системой жалюзийных элементов.
Также известно устройство по патенту РФ №2206372 (МПК B01D 46/30) для очистки газов от пыли методом фильтрации через зернистые слои, в котором в качестве газопроницаемой перегородки применена гибкая сеть, края которой закреплены, а середина подвешена с помощью троса к удерживающему ее механизму, который при регенерации зернистого слоя создает вертикальное возвратно-поступательное перемещение сети.
Существенным недостатком известных устройств и соответствующих способов очистки является наличие во внутренней полости газохода различных конструкций, которые уменьшают эффективное поперечное сечение газохода.
При проектировании и изготовлении новых газоходов увеличение поперечного сечения на соответствующую величину не вызывает технических проблем. Использование известных устройств и способов в существующих эксплуатируемых газоходах приводит к уменьшению эффективного (расчетного) поперечного сечения газохода со всеми вытекающими последствиями (уменьшение тяговой способности газохода и т.д.). Техническая сложность доработки эксплуатируемых газоходов по монтажу существующих устройств по очистке, учитывая строительную высоту газоходов, до нескольких десятков метров, очевидна.
Также недостатком известных устройств для очистки газов является необходимость создания высокого динамического напора внутри трубы Вентури, обустройство гидрохимических переделов по подготовке свежих и переработке отработанных растворов, низкий срок службы газоочистных аппаратов вследствие интенсивной химической коррозии.
Известен комбинированный пылеулавливающий аппарат (Патент RU 2288782, B03D 3/00, опубл. 10.12.2006 г.), содержащий горизонтальный электрофильтр, после горизонтального электрофильтра установлен вертикальный трубчатый электрофильтр с соотношением активных объемов вертикального к горизонтальному электрофильтру 0,1-0,9. Горизонтальный пластинчатый электрофильтр и вертикальный трубчатый электрофильтр расположены в одном корпусе. Очистка электродов в вертикальном трубчатом электрофильтре осуществляется механическим путем при отключенной от газа секции. В секциях трубчатого электрофильтра очистка осуществляется периодической их промывкой жидкостью при отключенной от газа секции.
Также известен «Способ центробежной очистки газов и устройство для его осуществления» (Патент RU 2174860, B01D 45/14, 20.10.2001 г.). В способе центробежной очистки газа очищаемый поток газа подают во входной патрубок, после чего направляют во множество цилиндрических каналов, выполненных в роторе, оси которых расположены в плоскостях, проходящих через ось вращения ротора под углом к оси, определенным из условия безградиентного по давлению течения газа в канале, обусловленного равенством газодинамического трения и направленной вдоль канала составляющей центробежной силы, со скоростью, не превышающей скорости, определенной из равенства времени перемещения твердых частиц очищаемого газа по каналам под действием центробежной силы поперек потока и времени прохождения частиц газа по длине канала, разделенные в каналах ротора грязную и очищенную фракции разводят на два потока с помощью элементов, связанных с каналами и выходными устройствами очищенной и грязной фракций газа. Устройство представляет собой входной блок, включающий патрубок для входа очищаемого газа, направляющие лопатки, размещенные на корпусе, и входные лопатки, установленные на роторе с зазором постоянной величины к его торцевой поверхности со стороны его меньшего диаметра, поверхности осаждения, выполненные в виде цилиндрических каналов в роторе. Условия выбора угла, диаметра и длин каналов описаны в способе. Узел вывода выполнен в виде разделительных втулок с лысками, установленных в каналах на выходе газа, канал, образованный лысками, сообщен с полостью, выполненной в роторе на выходе грязного газа, а внутренний канал втулок сообщен с полостью вывода очищенного газа, в которой размещены лопатки, причем отношение длин внутреннего канала втулок и каналов, образованных лысками, и их гидравлические диаметры выбраны из условия гашения возмущений, возникающих при выходе грязной и очищенной фракций газа. Полость вывода очищенного газа представляет собой сужающийся канал, сужение которого направлено от торца ротора большего диаметра к оси, а радиальные лопатки размещены на роторе со стороны его большего диаметра. Устройство снабжено регулировочным блоком, представляющим собой трубопровод с заслонкой, который сообщен с входным патрубком очищаемого газа, с одной стороны, и выходным патрубком очищенного газа - с другой. Элемент вывода грязного газа выполнен в виде трехполостной улитки, одна из крайних полостей сообщена с патрубком входа очищаемого газа, а другая крайняя - с полостью вывода чистого газа. Разделительные втулки установлены с возможностью поворота.
Наиболее близким к предложенному реактору является установка сухой очистки отходящих газов электролитического производства алюминия (Патент RU 2339743, C25C 3/22, опубл. 10.06.2008 г.), имеющая в составе реактор. Подача чистого глинозема в реактор осуществляется через установленную в горловине реактора форсунку, снабженную раструбом и конической насадкой, установленной в раструбе. Чистый глинозем подается через кольцеобразный канал, образованный внутренней стенкой раструба и поверхностью конической насадки, сплошным потоком, причем подача осуществляется под углом к восходящему потоку электролизных газов.
Недостатком является низкий коэффициент использования полезного объема реактора, что ведет либо к недостаточной очистке газов, либо к необходимости увеличения габаритных размеров реактора для увеличения поверхности контактирования газа с твердым адсорбентом, а также энергетические затраты на подачу глинозема в реактор сжатым воздухом.
Известен фильтр, включающий корпус с рукавами, бункеры, камеры чистого газа, ресивер, пневмоклапаны, отключающие заслонки, подвод грязного газа и коллектор чистого газа, при этом подвод грязного газа осуществляют поперек продувочных труб по всей высоте и ширине камер грязного газа, по крайней мере двумя газовыми потоками, со скоростью пылегазового потока на входе в камеры грязного газа в пределах 0,5-2 удельной газовой нагрузки на фильтр (м3/м2/мин), при этом продувочные трубы объединены в группы, которые подсоединены к ресиверу, каждая через отдельный пневмоклапан и устройство с переменным гидравлическим сопротивлением. Фильтр снабжен камерами для размещения узлов регенерации, при этом эти камеры и коллектор чистого газа размещены между рядами камер грязного газа и разделяют фильтр вдоль по ходу газового потока, по меньшей мере, на две автономные части фильтра. (Патент RU 2283685, B01D 46/02, 20.09.2006 г.).
Известны также иные средства и устройства для очистки газов, например, рукавный фильтр, включающий бункер, коллектор, патрубки ввода и вывода газа и порошкового сорбента (патент US 2919174, 29.12.1959 г.).
Существенным недостатком известных способов и устройств также является неравномерное распределение пыли и вводимого в очищаемый газовый поток порошкового адсорбента, например, глинозема, по секциям фильтра. Это приводит к снижению эффективности улавливания примесей, в том числе пыли и фтористого водорода, нерациональному расходованию адсорбента, забиванию некоторых секций фильтра и, как следствие, к частым остановкам для регенерации фильтрующих поверхностей и чистки аппаратов.
Известен рукавный фильтр типа ФРИА (включающий типоразмерный ряд ФРИА-400, ФРИА-900, ФРИА-1250) (Патент RU 2216387, B01D 46/02, опубл. 20.11.2003 г.), входящий в модуль-аналог в составе реактора-адсорбера и рукавного фильтра, включающий корпус, соединенный снизу с бункером и разделенный рукавной плитой на камеры чистого и грязного газа, вертикальные фильтрующие рукава, закрепленные открытыми концами в отверстиях упомянутой рукавной плиты, систему импульсной регенерации, продувочные трубы которой установлены в камере чистого газа и обращены своими отверстиями в сторону открытых концов фильтрующих рукавов, жалюзийную решетку и подводящий газоход, направляющий грязный газ к камере грязного газа, причем этот подводящий газоход имеет общую с камерой грязного газа стенку и нижним концом соединен с бункером, при этом нижний конец стенки, являющейся общей для подводящего газохода и камеры грязного газа, расположен выше заглушенных концов рукавов, а верхний конец жалюзийной решетки совпадает с этим концом упомянутой стенки. Указанный аналог предназначен для очистки электролизных газов в производстве алюминия от пыли и токсичных газовых компонентов, в частности фтористого водорода.
В известном техническом решении имеется система импульсной регенерации, продувочные трубы которой установлены в камере чистого газа и обращены своими отверстиями в сторону открытых концов фильтрующих рукавов. Подводящий газоход направляет грязный газ к камере грязного газа, причем этот подводящий газоход имеет общую с камерой грязного газа стенку и нижним концом соединен с бункером. Нижний конец стенки, являющийся общей для подводящего газохода и камеры грязного газа, расположен выше заглушенных концов рукавов, а верхний конец жалюзийной решетки совпадает с этим концом упомянутой стенки. Фильтры разработаны в виде двух зеркальных исполнений, позволяющих их компоновать в установках газоочистки, состоят из унифицированных узлов и элементов, в них предусмотрена кассетная компоновка фильтровальных рукавов, для регенерации фильтровальных рукавов используется сжатый воздух с избыточным давлением 0,2-0,3 МПа, обеспечивающим эффективную очистку и оптимальный режим регенерации с низкими механическими напряжениями на фильтровальных рукавах.
Рукавный фильтр ФРИА (всех типоразмеров) представляет собой кубическую емкость, разделенную на две камеры (чистого и грязного газа). Переходом между камерами является рукавная плита, в которую смонтированы рукавные фильтры - рукава. Входной патрубок в фильтр расположен с противоположной стороны относительно выходного патрубка, в плане под углом 90 градусов. Газ с остатками глинозема, не осевшими в реакторе, проходит через входной патрубок фильтра, попадая в камеру грязного газа, где, проходя снаружи внутрь рукавов, наносит остатки глинозема на рукава и происходит вторая часть (завершающая) адсорбционного процесса. Одновременно газ очищается от пылевой смеси и глинозема.
Недостатком известного модуля по сравнению с предлагаемым изобретением является то, что рукавные фильтры типа ФРИА не обладают самонесущей конструкцией, что приводит к большим затратам на строительную часть для возведения здания в теплых конструкциях с размещением фильтра внутри (высотная отметка здания газоочистки 28 метров). Большие габаритные размеры реактора данной конструкции, необходимой для снижения скоростного режима пылегазовой смеси, что приводит к высоким затратам на его изготовление и монтаж; подача газа тангенциально приводит к закручиванию пылегазового потока и его «отжиманию» к стенкам реактора, что влечет сильный абразивный износ оборудования и снижение срока службы. Подача глинозема в зону турбулентности и закручивание пылегазового потока на больших скоростях под пережимом приводит к быстрому износу пережима внутри реактора; входной патрубок рукавного фильтра типа ФРИА осуществляется в плане под углом в 90 градусов к выходному патрубку и приводит к неравномерности распределения потока по рукавам в зависимости от режимов работы модуля, таким образом, снижается срок службы фильтровальных рукавов. Бункерная часть выполнена в одном исполнении с возможностью выгрузки фторированного глинозема в центральной части бункера посредством двух аэродорожек, что влечет за собой установку транспортирующих узлов и повышение отметки здания, дополнительные строительные затраты. Система регенерации выполнена в одном блоке с камерой чистого газа, что приводит к использованию и обслуживанию грузоподъемных механизмов.
Раскрытие изобретения
Технической задачей изобретения является повышение эффективности очистки газов электролизного производства алюминия от фтористых соединений, пыли, смолистых веществ с возможностью возврата адсорбционного материала в производство; использование в процессе адсорбции чистого и фторированного адсорбента (глинозема) для повышения эффективности очистки; полного контроля количества адсорбента в процессе очистки как чистого, так и фторированного подаваемого на рециркуляцию; с возможностью настройки технологического процесса очистки газов под необходимые параметры: потребления адсорбента (глинозема) производством и объемы удаляемых газов; с абсолютно симметричной схемой транспорта адсорбента; с возможностью накопления постоянно обновляющегося слоя фторированного глинозема, направляющегося на рециркуляцию; обладающего защитой фильтровальных рукавов от повышенной температуры электролизных газов; имеющего узел очистки чистого глинозема, аварийные линии подачи адсорбента в реактор; снабженного автоматизированной системой управления технологическим процессом, контролем концентрации содержания вредных веществ в газах; с силосом чистого глинозема, имеющим суточный запас адсорбента; с возможностью напыления вновь установленных фильтровальных рукавов на чистом газе.
Преимуществами предложенного изобретения являются повышение эффективности очистки газа от вредных химических соединений (фтористого водорода), пыли и смол, повышение эффективности использования полезного объема реактора, снижение абразивного износа газоочистного оборудования, снижение габаритных размеров реактора, уменьшение затрат на возведение строительных конструкций за счет снижения металлоемкости оборудования, увеличение срока службы газоочистного оборудования относительно аналогов.
Поставленные технические задачи решаются, а технические результаты достигаются посредством предложенного технического решения, включающего следующие объекты, охарактеризованные с учетом ближайших аналогов.
Газоочистной блок очистки электролизных газов, отходящих от корпусов производства алюминия, включая очистку газа от фтористого водорода алюминиевого производства, в котором в отличие от известного очистку газов осуществляют путем сухой адсорбции с обеспечением возврата адсорбционного материала обратно в производство, посредством по меньшей мере одного газоочистного модуля, содержащего по меньшей мере один реактор, выполненный в виде трубы Вентури с конструкцией, обеспечивающей выравнивание газового потока по скоростным режимам, и по меньшей мере один рукавный фильтр, выполненный в виде самонесущей конструкции, при этом входной патрубок реактора расположен противоположно выходному патрубку соответствующего фильтра.
Предусмотрены следующие дополнения и улучшения предложенного газоочистного блока.
Газоочистной блок, в котором чистый или фторированный глинозем для адсорбционного процесса подается напрямую в реактор прямоточно посредством труб подачи адсорбента без аэрации или механического транспорта адсорбента. Газоочистной блок, в котором дополнительно обеспечивается контроль количества адсорбента подаваемого в технологический процесс, как чистого так и фторированного, посредством дозирования питателями. Газоочистной блок, в котором дополнительно обеспечивается контроль технологического процесса очистки газов с обеспечением необходимого количества адсорбента в производстве алюминия с учетом объемов удаляемых газов от электролизеров. Газоочистной блок, в котором схема подачи и распределения адсорбента (глинозема) чистого и фторированного, выполнена симметричной, в частности, посредством не менее чем двух газоочистных модулей, каждый из которых содержит реактор и рукавный фильтр, расположенные рядом соосно, с перпендикулярным и симметричным расположением по отношению к оси входящих газов. Газоочистной блок, в котором вывод прореагированного адсорбента из фильтра осуществляется непосредственно в бункер с аэродном, для возможности накопления постоянного слоя адсорбента для рециркуляции, посредством установленной в бункерной части не менее одной сплошной или частичной перегородки, разделяющей нижнюю часть бункера на не менее чем две части с одним и более выходным патрубком в каждой из частей, при этом загрузка прореагированного адсорбента осуществляется в бункер, заполняя тем самым, все разделенные объемы, созданные перегородками, с возможностью постоянного обновления. Газоочистной блок, в котором дополнительно обеспечивается защита фильтра от высоких температур электролизных газов, посредством клапана присадки атмосферного воздуха. Газоочистной блок, в котором дополнительно обеспечивается наличие узла очистки чистого адсорбента (глинозема) от включений. Газоочистной блок, в котором дополнительно обеспечивается наличие аварийных линий подачи адсорбента в реактор при возможном выходе из строя технологического оборудования линии подачи чистого глинозема. Газоочистной блок, в котором дополнительно предусмотрено оборудование для транспортировки адсорбента в производство. Газоочистной блок, в котором дополнительно обеспечивается полностью автоматизированная комплексная система управления, снабженная точками контроля температуры, разрежения, давления, концентрации пыли, концентрации фтороводорода, скоростных режимов на выходе из фильтра, и датчиками уровней адсорбента. Газоочистной блок, в котором дополнительно обеспечивается наличие силоса чистого глинозема с запасом адсорбента и бункером прореагировавшего адсорбента. Газоочистной блок, в котором дополнительно обеспечивается возможность нанесения слоя адсорбента на поверхность вновь установленного фильтровального рукава на чистом газе.
Также предложен газоочистной модуль для очистки электролизных газов, содержащий по меньшей мере один реактор и по меньшей мере один рукавный фильтр, соединенные между собой переходным патрубком, который отличается от известных тем, что реактор выполнен в виде трубы Вентури, с конструкцией, обеспечивающей выравнивание газового потока по скоростным режимам, содержит входной раструб, размещенный в нижней части реактора, сужающуюся горловину, расположенную непосредственно над входным раструбом реактора, и по меньшей мере одну течку для подачи адсорбента в реактор, размещенную над сужающейся горловиной реактора, реактор также содержит переходный патрубок, выполненный в виде усеченного конуса, соединенный с входным патрубком рукавного фильтра, который содержит камеры грязного и чистого газа, фильтровальные рукава и бункер, в нижней части которого размещен патрубок для отвода адсорбента.
Предусмотрены следующие дополнения и улучшения предложенного газоочистного модуля.
Газоочистной модуль, который содержит камеру чистого газа с системой регенерации фильтровальных рукавов с вмонтированными в нее составными продувочными трубами. Газоочистной модуль, в котором входной раструб реактора выполнен в виде усеченного конуса. Газоочистной модуль, в котором течка для подачи адсорбента расположена над горловиной под углом в пределе от 1 до 180 градусов, предпочтительно от 20 до 45 градусов, относительно вертикальной оси реактора. Газоочистной модуль, в котором входной патрубок рукавного фильтра размещен противоположно с выходным патрубком рукавного фильтра. Газоочистной модуль, в котором фильтр выполнен в виде самонесущей конструкции, с многорядным расположением фильтровальных рукавов с заданным шагом расстановки в ряду и между рядами фильтровальных рукавов. Газоочистной модуль, в котором система регенерации рукавов размещена на внешней стороне камеры чистого газа рукавного фильтра и содержит не менее двух ресиверов, с возможностью регенерации не менее двух рядов фильтровальных рукавов в фильтре. Газоочистной модуль, в котором продувочные трубы системы регенерации имеют постоянное гидравлическое сопротивление для обеспечения постоянного давления сжатого воздуха на выходе. Газоочистной модуль, который выполнен с возможностью установки фильтровальных рукавов разной длины, предпочтительно равной соотношению от 0,5 до 1,2 к высоте камеры грязного газа рукавного фильтра, в зависимости от заданной по технологии производительности. Газоочистной модуль, в котором патрубок для отвода адсорбента бункера рукавного фильтра выполнен со смещением центральной оси вправо или влево с возможностью выгрузки адсорбента посредством устройства для транспортировки сыпучих материалов.
Предложенный фильтр рукавный, выполненный в виде самонесущей конструкции, содержащий входной патрубок, соединенный с входной частью, включающей в себя направляющую газы стенку, обтекатель, газораспределительное устройство, фильтрующую часть, содержащую корпус, примыкающий к нижней части бункером с аэродорожкой и пылевыгрузным патрубком, а к верхней части - камерой чистого газа, которая содержит рукавную плиту с отверстиями для установки фильтровальных элементов рядами, при этом расположена ниже труб с форсунками для продувки рукавов сжатым воздухом, присоединенными к двум ресиверам, которые размещены на внешней стороне камеры чистого газа, и каждый из которых оснащен импульсными электромагнитными клапанами, при этом в верхней стенке камеры чистого газа размещены легкосъемные крышки, и камера чистого газа имеет выходной патрубок для выхода чистого газа.
Предусмотрены следующие дополнения и улучшения предложенного фильтра рукавного.
Фильтр рукавный, который содержит входной патрубок, расположенный к выходному патрубку прямо противоположно, под углом 180±15 градусов в плане по отношению к друг другу. Фильтр рукавный, который имеет многорядное расположение фильтровальных рукавов с шагом расстановки в ряду и между рядами рукавов от 1,1 до 2 диаметров примененного фильтровального рукава. Фильтр рукавный, который содержит систему регенерации, размещенную на внешней стороне камеры чистого газа рукавного фильтра, содержащую не менее двух ресиверов, с возможностью регенерации не менее двух рядов в фильтре, причем продувочные трубы системы регенерации обладают постоянным гидравлическим сопротивлением с постоянным давлением на выходе. Фильтр рукавный, в котором предусмотрена возможность установки фильтровальных рукавов различной длины, в соотношении от 0,5 до 1,2 к высоте вертикальной части камеры грязного газа в зависимости от необходимой производительности, в том числе с установкой рукавов разной конструкции. Фильтр рукавный, который имеет газораспределительные устройства, в количестве не менее двух, установленные на выходе газового потока из подводящей части в камеру грязного газа и совмещенные с конструктивом корпуса фильтра. Фильтр рукавный, в котором бункер фильтра выполнен в двух исполнениях с возможностью выгрузки фторированного глинозема в любую необходимую сторону, посредством аэродорожек, трубок аэрации, аэродна и другими техническими устройствами для транспортировки сыпучих материалов. Фильтр рукавный, с возможностью выполнения в двух зеркальных исполнениях, для установки газоочистного оборудования каркасного типа с одной совместной неподвижной опорой в центре.
Предложенный реактор газоочистной для очистки электролизных газов выполнен виде низконапорной трубы Вентури, состоящей из входного раструба, размещенного в нижней части реактора, сужающейся горловины, расположенной непосредственно над входным раструбом реактора, и по меньшей мере, одной течки для подачи адсорбента в реактор, размещенной над сужающейся горловиной реактора, при этом отношение диаметра горловины реактора к его высоте составляет в пределе 1/8-1/13, а увеличение габаритных размеров реактора прямо пропорционально увеличению объемов очищаемых газов, при этом реактор содержит переходный патрубок, выполненный в виде усеченного конуса в верхней части реактора для присоединения к пылеулавливающему аппарату.
Предусмотрены следующие дополнения и улучшения предложенного реактора газоочистного.
2
Реактор, в котором узел для подачи адсорбента выполнен в виде съемного элемента, который расположен под углом от 1 до 90 градусов относительно вертикальной оси реактора, предпочтительно на расстоянии не менее 1 диаметра горловины реактора. Реактор, в котором соотношение площади сечения горловины верхней части переходного патрубка к площади выходного сечения составляет не менее, чем 1:2. Реактор, в котором площадь сечения горловины переходного патрубка относится к площади сечения горловины реактора в пределе от 1,3 до 1,9. Реактор, в котором отношение диаметра отверстия для подачи адсорбента к диаметру горловины реактора изменяется в пределах от 1:8 до 1:5, а площадь сечения узла для подачи адсорбента составляет не менее 1500 мм.
Предложенный газоочистной блок для очистки электролизных газов, обеспечивает повышение эффективности по сравнению с аналогами за счет способа сухой адсорбции газов разделенной на два этапа:
1) прохождения и смешения с глиноземом в реакторе типа РГ (Реактор Газоочистной), и
2) попадания на фильтровальные рукава фильтра типа ФР (Фильтр Рукавный).
Газоочистной модуль обладает системой регенерации фильтровальных рукавов, стряхивающей фторированный глинозем в бункерную часть, снабженную аэродном с последующей выгрузкой либо на пневмокамерные насосы, либо возвратом на рециркуляцию в газоочистной модуль. При этом бункер фторированного глинозема разделен не менее чем одной сплошной или частичной перегородкой, разделяющей на не менее чем две части для накопления постоянного слоя глинозема, предназначенного для рециркуляции, без возможности его выкачивания пневмокамерными насосами обратно в производство, с одним и более выходными патрубками из бункера. За счет подбора технологического оборудования (газоочистного модуля) данная схема позволяет настроить технологический процесс очистки газов под любую необходимую производительность.
Симметричная схема транспортировки глинозема достигается за счет компоновочных решений и использования не менее двух газоочистных модулей, данное решение приводит к уменьшению числа вспомогательного технологического оборудования.
Защита фильтровальных рукавов достигается за счет снижения высокой температуры входных в модуль электролизных газов посредством клапана присадки атмосферного воздуха.
За счет силоса чистого глинозема имеется суточный запас адсорбента, на выходе из силоса установлено вибросито для очистки из глинозема включений.
Аварийные линии подачи чистого глинозема в реактор осуществлены посредством трубы подачи чистого глинозема в бункер фторированного глинозема, далее чистый глинозем в аварийном режиме подается по трубам подачи фторированного глинозема в реактор.
Нанесение слоя адсорбента на поверхность фильтровальных рукавов на чистом газе осуществляется посредством закрытия клапанов перед газоочистным модулем и открытием люков.
Также предложен газоочистной блок, содержащий не менее двух газоочистных модулей. Газоочистной модуль содержит газоочистной реактор и рукавный фильтр, соединенные между собой переходным патрубком, согласно заявляемому изобретению, реактор выполнен в виде трубы Вентури, состоящей из входного раструба, размещенного в нижней части реактора, сужающейся горловины, расположенной непосредственно над входным раструбом реактора, и по меньшей мере одной течки для подачи адсорбента в реактор, размещенной над сужающейся горловиной реактора, при этом реактор содержит переходный патрубок, выполненный в виде усеченного конуса с прямоугольным основанием в верхней части реактора, соединенной с входным патрубком фильтра. При этом рукавный фильтр содержит камеры грязного и чистого газа, фильтровальные рукава и бункер, в нижней части которого размещен патрубок для отвода адсорбента, а камера чистого газа содержит систему регенерации фильтровальных рукавов с вмонтированными в нее продувочными трубами.
Возможны следующие доработки модуля газоочистки, реактора и рукавного фильтра.
Входной раструб реактора выполнен в виде усеченного конуса.
Течка для подачи адсорбента расположена над горловиной под углом в пределе от 1 до 180 градусов, предпочтительно от 20 до 45 градусов, относительно вертикальной оси реактора.
Входной патрубок рукавного фильтра размещен прямо противоположно с выходным патрубком рукавного фильтра.
Рукавный фильтр выполнен в виде самонесущей конструкции, с многорядным расположением фильтровальных рукавов с шагом расстановки в ряду и между рядами фильтровальных рукавов, равным от 1,1 до 2 диаметра фильтровального рукава.
Система регенерации рукавов размещена на внешней стороне камеры чистого газа рукавного фильтра и содержит не менее двух ресиверов, с возможностью регенерации не менее двух рядов фильтровальных рукавов в фильтре.
Продувочные трубы системы регенерации имеют постоянное гидравлическое сопротивление для обеспечения постоянного давления сжатого воздуха на выходе.
Газоочистной модуль выполнен с возможностью установки фильтровальных рукавов разной длины, равной соотношению от 0,5 до 1,2 к высоте камеры грязного газа рукавного фильтра, в зависимости от заданной по технологии производительности.
Патрубок для отвода адсорбента из бункера рукавного фильтра выполнен со смещением центральной оси вправо или влево с возможностью выгрузки адсорбента посредством аэродорожек, трубок аэрации, аэродна и другими техническими устройствами для транспортировки сыпучих материалов.
Затраты на строительную часть снижаются посредством использования в модуле рукавных фильтров самонесущей конструкции; реактора, в котором исключено осаждение глинозема и его неконтролируемый возврат на рециркуляцию. Снижение абразивного износа реактора достигается за счет конструкции реактора и расположения течки для ввода глинозема выше горловины, а также плавного сужения конусной части входного раструба и плавного увеличения сечения реактора по высоте. Продление срока службы фильтровальных рукавов достигается за счет конструкции рукавного фильтра, путем расположения входного и выходного патрубка прямо противоположно друг другу, предпочтительно под углом в 180 градусов, но могут быть расположены под углом 180±15 градусов в плане по отношению друг к другу (Фиг. 1), при этом в любом указанном интервале взаимного расположения входного и выходного патрубков обеспечивается равномерное распределение газового потока внутри сечения фильтра, независимо от режимов работы модуля. Затраты на строительную часть снижаются посредством снижения отметки здания за счет конструкции бункера рукавного фильтра.
Газоочистной модуль содержит систему регенерации, размещенную на внешней стороне камеры чистого газа рукавного фильтра, содержащей не менее двух ресиверов, с возможностью регенерации не менее двух рядов в фильтре. Продувочные трубы системы регенерации обладают постоянным гидравлическим сопротивлением с постоянным давлением на выходе, являются отдельными, легкосъемными элементами небольшой массы для удобства демонтажа и ухода от использования грузоподъемных механизмов.
Газоочистной модуль для очистки газа состоит из реактора типа труба Вентури, переходного патрубка (входящего в состав реактора) и рукавного фильтра с системой регенерации рукавов. Газоочистной модуль для очистки газов может применяться в электролизном производстве алюминия для очистки от газов, например фтористого водорода, с очень высокой степенью очистки, так и в других производствах с использованием порошковых адсорбентов. Модуль может быть выполнен в двух зеркальных исполнениях, для возможности установки газоочистного оборудования (ГОУ) каркасного типа с одной совместной неподвижной опорой в центре. Газоочистной модуль является основным технологическим оборудованием ГОУ. Фильтр рукавный (ФР) состоит из унифицированных узлов и элементов, освоенных в производстве, что позволяет разработать любое новое исполнение с учетом предъявляемых требований; в фильтрах ФР предусмотрена одиночная компоновка фильтровальных рукавов, в количестве, зависимом от необходимой производительности; исключение использования грузоподъемных механизмов при замене отдельных рукавов вышедших из строя; в фильтрах ФР для регенерации фильтровальных рукавов используется осушенный сжатый воздух с избыточным давлением до 0,3 МПа, обеспечивающим высокоэффективную очистку и оптимальный режим регенерации с низкими механическими напряжениями на фильтровальных рукавах, что повышает срок их службы.
Бункерная часть выполнена в двух исполнениях с возможностью выгрузки фторированного глинозема в любую необходимую сторону посредством одного аэрожелоба.
Предложенное изобретение обеспечивает высокую степень очистки газов за счет возможности осуществления процесса адсорбции на рукавах фильтра, имеет низкие энергозатраты (не требует дополнительного нагрева приточного воздуха и осуществления принудительной вентиляции), не загрязняет атмосферу пылевыми выбросами через систему вытяжной общеобменной вентиляции.
Изобретение дополняют следующие отличительные признаки: фильтр рукавный (далее - фильтр) содержит входной патрубок, расположенный к выходному патрубку прямо противоположно друг другу, и могут быть расположены под углом 180±15 градусов в плане по отношению друг к другу.
Фильтр снабжен системой регенерации, размещенной на внешней стороне камеры чистого газа рукавного фильтра, содержащей не менее двух ресиверов, с возможностью одновременной регенерации не менее двух рядов в фильтре. Продувочные трубы системы регенерации обладают постоянным гидравлическим сопротивлением с постоянным давлением на выходе, являются отдельными, легкосъемными элементами небольшой массы для удобства демонтажа, вследствие чего для эксплуатационного обслуживания фильтра не требуется применение стационарных грузоподъемных механизмов.
Заявленное изобретение может применяться как в электролизном производстве алюминия для очистки газов методом адсорбции от фтористого водорода и взвешенных веществ с очень высокой степенью очистки (более 99,0%), так и в других производствах с использованием порошковых адсорбентов.
Фильтр может быть выполнен в двух исполнениях, что обеспечивает возможность установки газоочистного оборудования каркасного типа с одной совместной неподвижной опорой в центре. Фильтр состоит из унифицированных узлов и элементов, освоенных в производстве, что позволяет разработать любое новое исполнение с учетом предъявляемых требований; кроме того в предлагаемом изобретении предусмотрена одиночная компоновка фильтровальных рукавов в количестве, зависимом от требуемой производительности; исключено использование стационарных грузоподъемных механизмов при замене отдельных рукавов вышедших из строя; для регенерации фильтровальных рукавов используется осушенный сжатый воздух с избыточным давлением до 0,3 МПа, обеспечивающим высокоэффективную очистку и оптимальный режим регенерации с низкими механическими напряжениями на фильтровальных рукавах, что повышает срок их службы. Система регенерации рукавов выполнена разборной из следующих элементов: двух независимых ресиверов, закрепленных с наружной стороны камеры чистого газа, огражденных теплоизоляцией, для избежание воздействия температурного излучения, снабженных продувочными клапанами; подводящих труб, с установленными гибкими вставками, проходящими сквозь стенку камеры чистого газа, и раздающих двухсоставных труб, расположенных над рукавами, с направленными внутрь рукавов форсунками.
Описание чертежей
Фиг. 1 - принципиальная схема системы очистки электролизных газов;
Фиг. 2 - общая схема газоочистки;
Фиг. 3 - схема сущности газоочистного модуля;
Фиг. 4 - внешний вид газоочистного модуля;
Фиг. 5 - схема сущности рукавного фильтра;
Фиг. 6 - схема сущности реактора газоочистного;
Фиг. 7 - внешний вид реактора газоочистного.
Подробное изложение сущности изобретения
На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы очистки электролизных газов в газоочистном блоке, где:
1 - клапан входной;
2 - газоочистной модуль;
3 - люк;
4 - клапан присадки атмосферного воздуха;
5 - силос чистого глинозема;
6 - бункер фторированного глинозема;
7 - аэродно;
8 - коробка распределительная;
9 - затвор шиберный чистого глинозема;
10 - секторный питатель чистого глинозема;
11 - затвор шиберный;
12 - секторный питатель фторированного глинозема;
13 - вибросито;
14 - исполнительный механизм;
15 - аэрожелоб подачи чистого глинозема;
16 - аэротруба подачи чистого глинозема в бункер фторированного;
17 - труба подачи чистого глинозема в реактор;
18 - коробка глиноземная;
19 - труба подачи фторированного глинозема в реактор;
20 - пневмокамерные насосы;
21 - клапан выходной.
Технологический процесс очистки газов осуществляется по следующей схеме (принципиальная схема очистки электролизных газов приведена на фиг. 1):
Грязный газ проходя через клапаны входные 1 (предназначенные для отсечения подачи грязного газа на модуль и возможности напыления на чистом газе), с исполнительными механизмами 14 (для автоматического открытия\закрытия клапана), подается в газоочистной модуль 2 (модуль для очистки газа), газ смешивается с адсорбентом, поступающим по линии подачи чистого глинозема из силоса 5, проходящего через затвор шиберный чистого глинозема 9, предназначен для отсечения линии целиком, далее установлен секторный питатель чистого глинозема 10, предназначенный для тарирования и контроля количества чистого глинозема. (тарирование и контроль количества рассчитывается из количества оборотов питателя; обороты питателя задаются частотником), затем установлено вибросито 13 для очистки чистого глинозема от включения мусора, далее транспортировка адсорбента осуществляется посредствам аэрожелоба подачи чистого глинозема в 15 и попадает в коробку распределительную 8 (предназначенную для равномерного распределения адсорбента на два модуля). Далее глинозем проходя через затвор шиберный 11 (предназначенный для отсечения линии), по трубам подачи чистого глинозема в реактор 17 поступает в коробку глиноземную 18 (предназначенную для смешивания адсорбента чистого и рециркуляционного) и далее в газоочистной модуль 2 (для очистки газов). Адсорбент (глинозем) в газоочистном модуле насыщается фтором и выводится в бункер фторированного глинозема 6. Бункер фторированного глинозема 6 разделен на не менее чем две части (несколько из частей имеет не менее двух выходов на пневмокамерные насосы 20 для возврата адсорбента обратно в производство; остальные части - не менее двух выходов для подачи адсорбента на рециркуляцию на каждый модуль. Части выполнены для накопления слоя), но имеет в нижней части общее аэродно 7 с четырьмя выходными патрубками. По двум патрубкам, проходя через затворы шиберные 11 (предназначенный для отсечения линии), глинозем попадает в пневмокамерные насосы 20, предназначенные для возврата адсорбента обратно в производство. А по двум остальным патрубкам, проходя через затворы шиберные 11 (предназначенный для отсечения линии) поступает в секторные питатели фторированного глинозема 12 для тарировки и контроля количества подаваемого на рециркуляцию глинозема. Далее, посредством труб подачи фторированного глинозема в реактор 19 попадает в коробки глиноземные 18, откуда подается в газоочистной модуль. Данная схема является рециркуляционной. Чистый газ выходит из газоочистного модуля через клапана выходной 21, предназначенный для отсечения газоочистного модуля 2 от разрежения.
Также имеется аварийная линия подачи чистого глинозема из силоса 5 в бункер фторированного глинозема 6, посредством аэротрубы подачи чистого глинозема в бункер фторированного 16.
Для снижения температуры входящих газов и защиты фильтровальных рукавов в газоочистном модуле, имеется клапан присадки атмосферного воздуха 4. Люки 3 установленные на входе перед газоочистными модулями, после клапанов входных 1, предназначены для подсоса чистого воздуха и нанесения адсорбента (чистого глинозема) на поверхность вновь установленных фильтровальных рукавов в газоочистных модулях 2.
Сущность процесса газоочистки поясняется схемой, представленной на фиг. 2. Стрелками обозначены направления подачи газа в реактор, направление подачи адсорбента (чистого и фторированного глинозема), направление движения пылегазовой смеси, направление движения чистого газа и направление возврата использованного для очистки глинозема.
Предлагаемая газоочистка является высокоэффективной и промышленно применимой, не требующей применения специальной оснастки и новых технологий.
Газоочистной модуль
Сущность газоочистного модуля поясняется схемой, представленной на фиг. 3, где:
22 - входной раструб реактора;
23 - горловина реактора;
24 - корпус реактора;
25 - течка для подачи адсорбента;
26 - переходной патрубок реактора;
27 - входной патрубок фильтра;
28 - камера грязного газа фильтра;
29 - бункер фильтра;
30 - камера чистого газа фильтра;
31 - выходной патрубок фильтра.
32 - трубы продувочные.
33 - система регенерации.
Стрелками обозначены направления подачи газа во входной раструб, направление подачи адсорбента (чистого и рециркуляционного глинозема), направление движения пылегазовой смеси, направление движения чистого газа и направление возврата использованного для очистки глинозема.
Стрелками обозначены направление подачи газа во входной раструб реактора 22, проходит через горловину 23, направление подачи адсорбента 25, далее смешивание происходит в корпусе реактора 24 в направлении движения пылегазовой смеси через переходной патрубок реактора 26, проходя через входной патрубок фильтра 27, происходит распределение по камере грязного газа 28, осаждение глинозема в бункер фильтра 29, прохождение пылегазовой смеси через фильтрующие рукава фильтра из камеры грязного газа 28 и вывод в камеру чистого газа 30, вывод чистого газа через выходной патрубок фильтра 31. Стряхивание прореагирующего адсорбента осуществляется посредством подачи сжатого воздуха по продувочным трубам 32, из системы регенерации 33.
Очистка газов осуществляется по следующей схеме: грязный газ подается в нижнюю часть реактора 22, затем, после горловины 23 (гидравлического пережима) газ смешивается с адсорбентом, поступающим через течку для подачи адсорбента 25. Здесь начинается адсорбционный процесс. Далее, пылегазовая смесь, проходя по корпусу реактора 24 и переходному патрубку 26, снижает скорость и поступает во входной патрубок рукавного фильтра 27, проходя дополнительное расстояние для увеличения времени контакта с глиноземом. Затем пылегазовый поток попадает в камеру грязного газа 28, где происходит значительное падение скорости и крупные фракции пыли осаждаются в бункер 29, а мелкая пыль равномерно распределяется по рукавам фильтра. Проходя снаружи внутрь рукавов, газ очищается от фтористых соединений, пыли и других загрязняющих веществ. На рукавах происходит заключительная стадия адсорбции - очистки газа от фтористых соединений. За счет срабатывания системы регенерации 33 и подачи сжатого воздуха по продувочным трубам 32 под давлением до 0,3 МПа внутрь рукавов, адсорбент, насыщенный соединениями загрязняющих веществ, осевший на наружной поверхности рукавов, стряхивается, и попадает в бункер фильтра 29, откуда выводится в бункер, и распределяется частично на рециркуляцию, частично возвращается в производство в виде сырья. Чистый газ поступает в камеру чистого газа 30 и затем выводится через выходной патрубок 31.
На фиг. 4 представлен внешний вид газоочистного модуля, где позиции совпадают со схемой сущности модуля.
Модуль содержит реактор типа трубы Вентури, представляющий собой трубу переменного сечения в виде вытянутого усеченного конуса 24, в основании которого на некотором расстоянии от горловины 23 расположена течка 25 для подачи адсорбента (чистого и/или фторированного (рециркуляционного) глинозема), горловина реактора 23 в нижней части представляет собой патрубок постоянного сечения и является гидравлическим пережимом реактора. Пылегазовый поток в таком реакторе обладает переменным полем скоростей по сечению трубы, с увеличенной скоростью в центре. Плавное изменение сечения трубы по высоте приводит к равномерному снижению скорости пылегазового потока без образования турбулентных потоков, что позволяет получить равномерный столб пылегазовой смеси, направленный вертикально вверх, и способствует исключению завихрений и сильному абразивному истиранию оборудования. В предлагаемом изобретении производится прямая подача грязного газа (содержащего примеси вредных веществ, смол и пыли) в нижнюю часть реактора. Газ, попадая во входной раструб реактора 22, выполненный в виде усеченного конуса, плавно разгоняется к горловине 23, что исключает образование завихрений и абразивный износ оборудования. Течка для подачи адсорбента 25 расположена выше горловины 23 по направлению движения газа в зоне наибольшей скорости потока.
В реакторе происходит смешивание адсорбента с грязным газом. Переходной патрубок реактора 26 представляет собой сложную геометрическую фигуру переменного сечения, переход от окружности (выходной части реактора - большего диаметра усеченного конуса) к прямоугольному сечению (входному патрубку фильтра). Оседание адсорбента в реакторе исключено, что приводит к попаданию всего объема глинозема во входной патрубок фильтра 27, камеру грязного газа 28, бункер фильтра 29.
Соответственно, в предлагаемом изобретении имеется возможность контролировать процесс адсорбции на рукавах фильтра, что приводит к повышению эффективности очистки газов от фтористых соединений. Также, предлагаемое изобретение имеет особенность в наличии «сквозного» прохода газа через сечение фильтра, входной патрубок реактора 27 расположен противоположно с выходным патрубком фильтра 31,, предпочтительно под углом в 180 градусов, патрубки могут быть расположены под углом 180±15 градусов в плане по отношению друг к другу при этом в любом указанном интервале взаимного расположения входного и выходного патрубков обеспечивается равномерное распределение газового потока внутри сечения фильтра, независимо от режимов работы модуля и приводит к увеличению срока службы рукавов.
Рукавный фильтр
Сущность рукавного фильтра поясняется схемой, представленной на фиг. 5.
34 - входной патрубок;
35 - подводящая часть фильтра;
36 - газонаправляющая стенка;
37 - стенка - ребро;
38 - обтекатель;
39 - ресивер системы импульсной регенерации;
40 - электромагнитный клапан;
41 - камера чистого газа;
42 - крышка;
43 - рукавная плита;
44 - патрубок выхода чистого газа;
45 - аэрожелоб;
46 - пылевыпускной патрубок;
47 - фильтровальный рукав;
48 - камера грязного газа;
49 - газораспределительное устройство;
50 - бункер;
51 - трубы для продувки ряда рукавов.
Стрелками на чертеже обозначены направления подачи грязного газа во входной патрубок 34, выход чистого газа из патрубка 44, направление выгрузки уловленного адсорбента из пылевыпускного патрубка 46.
Функциональная схема работы рукавного фильтра заключается в следующем: пылегазовой поток поступает в фильтр через входной патрубок 34 в подводящую часть фильтра 35, газонаправляющую стенку 36 и далее, огибая обтекатель 38, опускается вниз и через газораспределительное устройство 49, размещенные в стенке камеры грязного газа 48 и бункере 50 фильтра, поступает в камеру грязного газа. Часть глиноземной пыли отделяется при повороте газового потока и ссыпается в бункер 50, а основная часть пыли осаждается на поверхности фильтровальных рукавов 47. Принцип фильтрования газов - снаружи внутрь рукавов. Удаление слоя уловленной пыли (адсорбента), формирующегося в период фильтрации пылегазового потока на поверхности рукавов, осуществляется импульсной продувкой сжатым воздухом, создаваемой с помощью импульсных электромагнитных клапанов 40, управляемых контроллером АСУ. Импульсная регенерация рукавов осуществляется без отключения фильтра от тракта очищенных газов. При достижении на рукавах фильтра установленной проектом величины перепада давления газов осуществляется импульсная продувка, при которой одновременно отряхивается не менее двух рядов фильтровальных рукавов. Отделенная от поверхности фильтровальных элементов пыль постепенно осаждается в бункере 50, поступая на тканевую перегородку наклонного аэрожелоба 45 в сторону пылевыпускного патрубка 46. Выгрузка фторированного глинозема для последующего его использования в качестве адсорбента или возврата в производство из бункера 50 возможна в любую необходимую сторону посредством аэродорожек, трубок аэрации, аэродна и другими техническими устройствами для транспортировки сыпучих материалов.
Рукавный фильтр состоит из следующих основных частей: подводящая часть фильтра 35 состоит из прямоугольного корпуса, в котором размещается система газораспределения, включающая в себя направляющую газы стенку 36 со стенками-ребрами 37, обтекатель 38 и газораспределительное устройство 49. Камера грязного газа 48 состоит из прямоугольного корпуса, к нижней части которого примыкает бункер 50, а к верхней части - камера чистого газа 41. В камере грязного газа размещены фильтровальные рукава 47, расположенные в 24 рядах, по 21 фильтровальному элементу в каждом ряду.
Фильтровальный элемент представляет собой цилиндрический рукав диаметром 135 мм с проволочным каркасом внутри диаметром 130 мм. Верхняя часть фильтровальных рукавов крепится к рукавной плите 43, которая с целью обеспечения герметизации приваривается к верхней части камеры грязного газа. В рукавной плите предусмотрены для рукавов отверстия с диаметром 140 мм. Камера чистого газа - 41, имеющая прямоугольную форму, приваривается к опорному коробу корпуса фильтра. На камере чистого газа предусмотрены два ресивера 39, каждый из которых оснащен двенадцатью импульсными электромагнитными клапанами, двадцатью четырьмя раздающими трубами - с двадцатью одним патрубком на каждой трубе. Для обеспечения доступа персонала к фильтровальным элементам на верхней стенке камеры чистого газа устанавливаются легкосъемные крышки 42. Для визуального контроля состояния фильтровальных элементов и эффективности очистки на выходной стенке камеры чистого газа предусмотрены смотровые люки (на фиг. 5 не показаны). Выгрузка уловленной пыли из бункера 50 фильтра производится с помощью наклонного аэрожелоба 45 в сторону пылевыпускного патрубка 46, с использованием перегородки из технической полиэфирной ткани.
Реактор
Сущность предлагаемого реактора газоочистного поясняется схемой, представленной на фиг. 6, которая уже представлена на фиг. 3.
22 - входной раструб реактора;
23 - горловина реактора;
24 - корпус реактора;
25 - течка для подачи адсорбента;
26 - переходной патрубок реактора.
Стрелками обозначены направление подачи газа во входной раструб реактора 22, направление подачи адсорбента в течку 25 и направление движения газа с адсорбентом через переходной патрубок реактора 26.
Неочищенные газы по подводящему газоходу подаются в нижнюю часть реактора 22. Далее, проходя гидравлический пережим реактора - горловиной реактора 23, газы с повышенным скоростным режимом смешиваются с адсорбентом, подаваемым в газовый поток над горловиной реактора через течку для подачи адсорбента 25. При контакте газа с частицами адсорбента, начинается процесс адсорбции очищаемых газов в корпусе реактора 24. Далее пылегазовая смесь, проходя по переходному патрубку реактора 26, снижает скоростной режим. За счет конструктивных особенностей реактор выравнивает поток по скоростным режимам, что позволяет получить равномерный столб пылегазовой смеси, направленный вертикально вверх, который способствует исключению завихрений и истиранию оборудования за счет прижимания газопылевого потока к стенкам реактора. При обеспечении проектной производительности реактора по очищаемым газам и количеству подаваемого глинозема, оседание глинозема в нижней части реактора исключено.
Плавное изменение сечения трубы по высоте приводит к равномерному снижению скорости газа с адсорбентом без образования турбулентных потоков, что позволяет получить равномерный столб газа с адсорбентом, направленный вертикально вверх, и способствует исключению завихрений и абразивному истиранию частей реактора.
На Фиг. 7 представлен внешний вид реактора газоочистного, где позиции совпадают со схемой реактора газоочистного:
Реактор состоит из нижней части - входной раструб реактора 22, выполненный в виде усеченного конуса, соединенной с горловиной реактора 23; течки для подачи адсорбента 25, расположенной в корпусе реактора 24 над горловиной реактора 23. Корпус реактора 24, представляет собой трубу переменного сечения в виде вытянутого усеченного конуса. Переходной патрубок реактора 26 представляет собой сложную геометрическую фигуру переменного сечения, переход от окружности (выходной части реактора - большего диаметра усеченного конуса) к прямоугольному сечению.
Таким образом, за счет геометрических особенностей конструкции реактора, обеспечивается высокая степень контакта очищаемых газов с частицами адсорбента, возможен монтаж газоочистных установок меньших по сравнению с существующими аналогами габаритных размеров.
К примеру, для обработки 65000 м3/ч газа необходимо применить реактор следующего конструктивного решения: входной раструб реактора длиной 880 мм и диаметром от 1250 мм до 950 мм; горловина реактора длиной 630 мм и диаметром 950 мм; корпус реактора длиной 5000 мм диаметром 1250 мм; течка для подачи адсорбента самотеком распложенной под углом не менее 40 градусов на высоте 1640 мм над горловиной; переходной патрубок реактора с геометрическими размерами по внутреннему диаметру нижней части 1280 мм, а верхней части 500×5220 мм.
Описанная в данном примере и изображенная в графических материалах конструкция реактора не является единственно возможной для достижения планируемого технического результата и не исключает других вариантов его изготовления, содержащих совокупность признаков, включенных в независимый пункт формулы изобретения.
Благодаря конструктивным особенностям реактора, выполненного в виде низконапорной трубы Вентури, состоящей из входного раструба, размещенного в нижней части реактора, сужающейся горловины, расположенной непосредственно над входным раструбом реактора, выходным раструбом, располагаемым над горловиной и имеющим, по меньшей мере, одну течку для подачи адсорбента, размещенную над сужающейся горловиной реактора, при этом реактор содержит переходный патрубок, выполненный в виде усеченного конуса с прямоугольным основанием в верхней части для подключения к патрубку пылеулавливающего устройства. Геометрические размеры переходного патрубка составляют по внутреннему диаметру нижней части не менее 1280 мм, а верхней части не менее 500×5220 мм. Отношение диаметра горловины реактора к его высоте составляет в пределе 1/8-1/13. Увеличение габаритных размеров реактора прямо пропорционально увеличению объемов очищаемых газов. Соотношение диаметра горловины реактора к его высоте менее 1/8 будет снижать эффективность очистки газов из-за «проваливания» адсорбента (глинозема) на дно реактора, соотношение диаметра горловины реактора к его высоте более 1/13 не приводит к увеличению эффективности очистки газов и нецелесообразно с экономической точки зрения.
Предложенное изобретение дополняют следующие отличительные признаки. Входной раструб реактора выполнен в виде усеченного конуса. Длина горловины составляет не менее 630 мм, а внутренний диаметр не менее 950 мм. Течка для подачи адсорбента является легко заменяемым конструктивным элементом, расположена под углом от 40 градусов относительно вертикальной оси реактора на расстоянии не менее 1060 мм от горловины реактора, что позволяет обеспечить подачу адсорбента самотеком, без использования дополнительных технических устройств и расхода электроэнергии. Снижение абразивного износа достигается за счет конструкции реактора и расположения течки для ввода глинозема, конструктивно размещенной выше горловины, а также плавного сужения конусной части входного раструба и плавного увеличения сечения конусной части реактора по высоте после пережима.