ФИЛЬТР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ СУСПЕНЗИИ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
FILTER FOR CONTINUOUS FILTRATION OF SUSPENSION UNDER PRESSURE

Область техники
Настоящее изобретение относится к фильтру для непрерывной фильтрации суспензии под давлением
Уровень техники
Фильтры указанного типа используются в качестве напорных фильтров для удаления влаги, помимо прочих, из суспензий волокнистых материалов, а также из суспензий с минеральными твердыми материалами, такими как уголь или руда, для достижения более высокой степени удаления влаги, то есть более высокого содержания твердых материалов. Пример напорного фильтра для суспензий волокнистых материалов описан в патентном документе DE 3614668 A1. В документе показан дисковый напорный фильтр, но в принципе он может быть также барабанным напорным фильтром. Обычно цикл фильтрации состоит из так называемого формирования фильтровального осадка, то есть образования фильтровального осадка или, при суспензиях волокнистых материалов, формирования фильтровального мата на фильтровальном элементе. В дальнейшем он будет называться в общем виде фильтровальным осадком, что охватывает также фильтровальный мат из волокнистых материалов. Это формирование фильтровального осадка может происходить в несколько ступеней, как это описано в DE 3614668 A1. Другие варианты напорного фильтра описаны в патентном документе EP 0596857 A1. После образования фильтровального осадка он продувается воздухом. В вакуумных фильтрах содержащаяся в фильтровальном осадке жидкость всасывается, в напорных фильтрах он продувается насквозь под высоким давлением. На следующей ступени цикла фильтрации в фильтровальном осадке может быть предусмотрена еще промывка фильтровального осадка, причем в этом случае промывочная жидкость также удаляется из фильтровального осадка воздействием на фильтрационный элемент разности давления (вакуумом или внутренним давлением в резервуаре). В заключение фильтровальный осадок удаляется с фильтрационного элемента, причем это может производиться водяными или воздушными струями (при волокнистом мате), обратным импульсным воздействием воздуха под давлением или с помощью скребка. Затем начинается новый цикл фильтрации.
К началу цикла фильтрации должно быть обеспечено удаление воздуха из фильтровальных ячеек и из трубы для фильтрата, на которой могут быть расположены несколько фильтровальных ячеек. При напорной фильтрации объемы фильтровальной ячейки (ячеек) и трубы для фильтрата находятся под давлением в резервуаре под давлением. Поэтому удаление воздуха перед началом зоны формировании осуществляется путем сброса давления до атмосферного давления за пределами резервуара в начале зоны формирования фильтровального осадка. Сброс происходит ударным образом и приводит к значительным перепадам давления, завихрениям и турбулентности в зоне формирования фильтровального осадка. При этом объем расширяющегося воздуха обычно значительно больше объема подлежащего отводу фильтрата в зоне формирования фильтровального осадка.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание устройства, которое препятствует этому нежелательному явлению.
Соответственно решение по изобретению отличается тем, что по направлению цикла фильтрации перед выпуском фильтрата жидкой фазы предусмотрена зона удаления воздуха. Благодаря отдельному отводу воздуха системы перед собственно формированием фильтровального осадка эта зона формирования фильтровального осадка успокаивается, что приводит по существу к равномерному формированию фильтровального осадка, так как устраняются ударные колебания давления.
Предпочтительное решение по развитию изобретения отличается тем, что раздельные отводы для фильтратов соединены с сепараторными резервуарами, которые расположены на более низком уровне, причем сепараторные резервуары соединены с отводами для фильтрата посредством так называемых барометрических ловушек для конденсата, имеющих вертикальную длину от 6 до 10 м. Благодаря барометрическим ловушкам для конденсата, которые называются также барометрической или геодезической трубой, в зоне формирования фильтровального осадка создается дополнительное давление всасывания, что имеет следствием улучшение обезвоживания и/или повышенную производительность по расходу.
В имеющем преимущества примере осуществления решение по изобретению отличается тем, что зона удаления воздуха соединена с сепараторным резервуаром посредством отдельного трубопровода. За счет этого обеспечивается раздельный отвод из системы расширяющегося воздуха, в результате чего в ловушках для конденсата присутствуют почти исключительно столбы жидкости, что обеспечивает барометрическое давление всасывания. Если бы в трубах было слишком много воздуха, столбы жидкости прерывались бы, и не создавалось бы давления всасывания.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано на примере осуществления со ссылками на чертежи. На чертежах:
фиг. 1 изображает систему напорной фильтрации в соответствии с уровнем техники,
фиг. 2 изображает конструкцию распределительной головки в соответствии с уровнем техники,
фиг. 3 изображает распределительную головку в соответствии с изобретением и
фиг. 4 изображает схему системы в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан напорный фильтр на примере дискового фильтра с одним фильтровальным диском в соответствии с решением уровня техники. Само собой разумеется, что изобретение может использоваться также в дисковых фильтрах с несколькими фильтровальными дисками или в барабанных фильтрах, в которых фильтровальные ячейки распределены по окружности барабана. В данной системе напорной фильтрации, например, минеральная суспензия из обогащенной руды или угля всасывается из накопительного резервуара 20 с мешалкой 32' насосом 21 с соответствующим давлением подкачки и нагнетается сверху через загрузочное устройство 30 фильтра в желоб 3 фильтра. Желоб 3 фильтра установлен в находящемся под давлением резервуаре 1. Во избежание сгущения твердого материала желоб 3 работает с постоянным потоком 12 перелива и потоком 13 слива. Проход потока взвеси через желоб 3 фильтра или гомогенизация взвеси поддерживается мешалкой 18. Напорный поток насоса 21 подачи взвеси автоматически регулируется с помощью управляемого преобразователем частоты электромотора в зависимости от количества перелива взвеси. Количество перелива взвести воспринимается в пункте 37 измерения расхода потока. Поток 12 перелива и поток 13 слива текут с гравиметрическим уклоном в выполненный в виде напорного резервуара сборный резервуар 31 для суспензии с мешалкой 32. Из напорного резервуара 31 взвесь может с помощью регулируемого с поверхности насоса с погружной трубой или только за счет перепада давления подаваться обратно в накопительный резервуар.
В качестве рабочей среды к фильтру 2 подается воздух под давлением от станции воздуха под давлением, например, от воздушного компрессора 23. Перед входом в камеру под давлением воздух может с помощью нагревателя 24 доводиться до необходимой температуры.
Фильтр 2 является вращающимся на валу полым фильтровальным диском со смежными отделенными друг от друга секторами, внутренние полости которых снабжены отдельными отводами фильтрата. Вал обычным образом образован на одной стороне фильтровального диска полым валом, внутри которого проходят трубопроводы отвода фильтрата, сообщающиеся с расположенными на торцевом закрывающем диске полого вала отверстиями отвода, расположенными на одинаковых расстояниях друг от друга по окружности. Торцевой закрывающий диск образует вращающуюся часть распределительной головки. Альтернативно трубопроводы отвода фильтрата могут быть выполнены в виде труб для фильтрата, которые расположены вокруг вала снаружи и сообщаются с торцевым закрывающим диском полого вала.
При работе фильтровального диска 2 находящаяся в загрузочной области фильтровального диска 2 в желобе 3 фильтра смесь твердого материала с жидкостью фильтруется посредством того, что жидкость продавливается под давлением через фильтровальный слой внутрь секторов, тогда как твердый материал накапливается на верхней поверхности фильтра в виде слоя 19 (фильтровального осадка). В резервуаре 1 под давлением снаружи от загрузочной области фильтровального диска 2 газ под давлением продавливается насквозь через образующийся слой твердого материала и направляет еще находящуюся в слое твердого материала (фильтровальном осадке) жидкость внутрь соответствующих секторов.
Таким образом, в процессе фильтрации получают, с одной стороны, практически чистую жидкость, - фильтрат фильтровального осадка, - и, с другой стороны, смесь газа с жидкостью, - фильтрат удаления влаги, - в которой содержание жидкости, как правило, тем меньше, чем дольше соответствующий сектор загружается из желоба 3 фильтра.
Как правило, фильтрат фильтровального осадка и фильтрат удаления влаги отводятся раздельно. Для этого распределительная головка содержит неподвижный контактный диск, ответный торцевому закрывающему диску полого вала, по которому торцевой закрывающий диск полого вала скользит с плотным прилеганием, и который снабжен окружными щелями. Эти щели, с одной стороны, объединяют отверстия отвода торцевого закрывающего диска, которые проводят фильтрат фильтровального осадка, и, с другой стороны, объединяют выпускные отверстия торцевого закрывающего диска, которые проводят фильтрат удаления влаги, так что два фильтрата могут отводиться по существу через различные линии отвода.
Фильтрат 14 фильтровального осадка с минимально низким возможным содержанием воздуха течет в сепаратор 25 фильтрата, в который вводится также фильтрат 15 удаления влаги после охлаждения в воздушно-газовом охладителе 27, в котором образуется конденсат. Отводимый воздух выходит из сепаратора 25 фильтрата вверх. Отделенная смесь фильтрата с конденсатом может утилизироваться соответствующим образом. Обезвоженный твердый материал (например, концентрат руды или угля) выносится через шлюзовые затворы 7, 8, 8', 9. При этом фильтровальный осадок удаляемый с фильтровального диска 2, например, с помощью импульсного клапана и воздуха под давлением от импульсного компрессора 29 падает через разгрузочные стволы в разгрузочную воронку 6. Импульсное отделение фильтровального осадка является известным способом, при котором фильтровальный материал разрыхляется импульсом воздуха под давлением навстречу направлению фильтрации, что вызывает отделение обезвоженного фильтровального осадка. Альтернативно обезвоженный фильтровальный осадок может соскребаться скребком с фильтровальной ткани и подаваться в разгрузочную воронку 6. Из разгрузочной воронки 6 фильтровальный осадок поступает в шлюзовой сборный резервуар 7. Здесь поочередно открываются или закрываются шлюзовые затворы 8, 8', в результате чего фильтровальный осадок поступает вначале в промежуточную шлюзовую камеру 9, а затем в выпуск 10 для фильтровального осадка. Шлюзовые затворы 8, 8' приводятся в действие гидравлическим механизмом 34. Вынесенный фильтровальный осадок 19' отводится, например, конвейерной лентой 35. Количества воздуха, пара, подвод, перелив, отвод суспензии и количество фильтрата могут регулироваться с помощью регулировочных клапанов 36 или же соответствующие трубопроводы могут отсекаться полностью
На фиг. 2 схематично показана конструкция распределительной головки с распределительным диском и фильтровальным валом. Распределительная головка обозначена в целом позицией 38. Отвод фильтрата удаления влаги осуществляется через патрубок (трубопровод) 15, тогда как фильтрат фильтровального осадка подразделяется на фильтрат 14 взвеси и чистый фильтрат 14'. Патрубки или трубопроводы 14, 14' выполнены в виде барометрических ловушек для конденсата и далее соединены с сепаратором фильтрата (не показан).
Распределительная головка 38 состоит по существу из полой цилиндрической части 39 с фланцем 40 на входной стороне и фланцем 41 на выходной стороне. Здесь с помощью перемычки 42 с уплотнительной планкой 43 достигается желательное разделение фильтрата 14 взвеси и чистого фильтрата 14'.
Фильтровальный вал 4 оснащен отдельными каналами 4' отвода фильтрата, причем альтернативно может использоваться также вал меньшего диаметра с наружными трубами для фильтрата. Через каналы 4' отвода фильтрата жидкость собирается из отдельных сегментов фильтра и направляется к концу фильтра, где она подводится к распределительной головке 38. При этом фильтрат проходит через распределительный диск 44, который регулирует по времени процесс формирования фильтровального осадка и удаления влаги, а также сброса фильтровального осадка. Здесь зона 14 формирования фильтровального осадка выполнена намного длиннее зоны 15 удаления влаги, поскольку здесь сухое содержание твердого материала играет второстепенную роль по сравнению с рекуперацией (чистого) фильтрата.
На фиг. 3 показан распределительный диск 44, аналогичный распределительному диску по фиг. 2. Распределительный диск содержит зону 15 формирования фильтровального осадка и зону 14 удаления влаги. В то время как зона 14 формирования фильтровального осадка при эксплуатации находится по существу ниже поверхности жидкости суспензии, из которой удаляется влага, зона 15 удаления влаги находится выше этого уровня. Вследствие этого в фильтрате фильтровального осадка содержится мало воздуха, а в фильтрате удаления влаги содержится в основном воздух. После сухого всасывания фильтровального осадка в зоне 15 удаления влаги следует импульсная обратная продувка воздухом под давлением через отверстие 45 в распределительном диске 44. В направлении цикла фильтрации перед зоной 14 формирования фильтровального осадка расположена зона 46 удаления воздуха. Она служит для того, чтобы сбросить давление воздуха, содержащегося в сегменте фильтра и в относящейся к нему трубе (канале) 4' для фильтрата, до атмосферного давления без контакта с зоной 14 формирования фильтровального осадка. Поскольку здесь присутствует только воздух, предотвращается износ входной кромки зоны 14 формирования фильтровального осадка и за счет этого может быть существенно повышен срок службы распределительного диска 44 распределительной головки.
На фиг. 4 показана схема системы напорного фильтра с резервуаром 1 под давлением и показанными в качестве примера фильтровальными дисками 2, которые погружены в желоб 3 фильтра. Разумеется, в принципе может использоваться также барабанный фильтр. Зона формирования фильтровального осадка соединена трубопроводом 14' с сепаратором 25 фильтрата, причем сепаратор 25 фильтрата расположен на значительно более низком уровне, чем резервуар 1 под давлением с желобом 3 фильтра, вследствие чего создается так называемая барометрическая ловушка для конденсата. В зависимости от установки и конструктивного выполнения фильтра разница по высоте (а следовательно и вертикальная длина барометрической ловушки для конденсата) может составлять от 6 до 10 м. Зона 15 удаления влаги также соединена с сепаратором 25 фильтрата трубопроводом 15'. В соответствии с изобретением зона удаления воздуха также соединена с сепаратором фильтрата отдельным трубопроводом 46'. Таким образом, весь выделяемый воздух может выпускаться в атмосферу на верхнем конце сепаратора 25 фильтрата, например, через трубопровод 26. Поскольку теперь (напорный) воздух со сбросом давления раздельно отводится из фильтровальных элементов и труб для фильтрата, может поддерживаться сплошной поток фильтрата в трубопроводе 14' фильтрата фильтровального осадка, а следовательно, и дополнительный вакуум. Благодаря этому по сравнению в решениями уровня техники повышается эффективное дифференциальное давление в зоне формирования фильтровального осадка и может достигаться повышение производительности по расходу на величину примерно от 5 до 15%. Кроме того, может быть также увеличен угол зоны удаления влаги, что дополнительно приводит к повышению сухого содержания на величину примерно от 1 до 2%.
На основе специальных знаний того, что при сбросе давления воздуха, находящегося в фильтрационных элементах и трубах отвода фильтрата, создается турбулентность в зоне формирования фильтровального осадка и не может достигаться сплошной поток фильтрата в сливных трубах, теперь раздельный отвод этого воздуха со сбросом давления в отдельной зоне удаления воздуха впервые позволяет использовать барометрическую высоту и свободную от турбулентности суспензию для улучшения обезвоживания, в частности, минеральных суспензий твердых материалов и жидкости.
Изобретение не огранивается представленным примером осуществления и может также использоваться, в частности, в барабанных фильтрах и других напорных фильтрах непрерывного действия.