СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ
METHOD AND DEVICE FOR CLEANING INDUSTRIAL OBJECTS OF COAL DUST

Изобретение относится к угольной отрасли а конкретно, к технике очистки промышленных объектов от угольной пыли, и может быть использовано в любой отрасли промышленности, связанной с углем, например, на обогатительной фабрике или заводе по глубокой переработке угля в другие виды топлива, а также может найти применение в энергетике и на транспорте при погрузке и выгрузке угля.
Проблема очистки промышленных объектов от угольной пыли связана с ее пожаро- и взрывоопасностью при переработке угля в другие виды или увеличением производительности агрегатов, осуществляющих его перемещение, а также с экологической безопасностью при проведении этих работ в связи с токсичностью пыли.
Известен способ мокрой очистки газа, включающий тепломассообмен газа с жидкостью, сепарацию и вывод шлама [патент RU №2236890, кл. B01D 47/00, опубл. 2004 г.], в котором процесс тепломассообмена газа с жидкостью, преимущественно с водой, ведут в центробежно-барботажном слое за счет прохождения потока очищаемого газа через вращающиеся кольца жидкости и поворота газа и жидкости на выходе в разные стороны, а сепарацию фаз осуществляют за счет воздействия центробежного поля на частицы дисперсной среды и тангенциального вдува газа через щелевые каналы, при этом ось вращающегося кольца жидкости располагают перпендикулярно горизонтальной плоскости, а жидкость вводят за счет разности давлений на линии раздела фаз.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании указанного способа, относится то, что он совершенно непригоден для очистки промышленных объектов от угольной пыли, хотя весьма эффективен при очистке высокоэнтальпийного газового потока. Данный способ можно использовать только при наличии дополнительной системы наддува или вытяжной трубы, что исключает его использование в автономном режиме работы. Другим недостатком является то, что в нем не предусмотрена нейтрализация потока от статического электричества, что является необходимым условием при работе с пылеугольными смесями. Кроме того, в этом способе нет рекомендаций относительно использования образующегося шлама, что также негативно сказывается на его экономичности и совершенно неприемлемо в случае использования его для улавливания угольной пыли.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому способу является способ приготовления водоугольного топлива из углешламов [патент RU №2214446, кл. C10L 1/32 от 20.10.2003 г.], в котором проводят предварительное мокрое измельчение углешламов и отходов гидродобычи и подачу твердых частиц, воды и реагента в горизонтальный смеситель-гомогенизатор вибрационно-волновой торцовый. При этом амплитуда вертикального смещения вращающегося рабочего органа равна 1-4 мм и горизонтального - 1-6 мм, а окружная скорость вращения рабочего органа 1400-2000 об/мин.
Недостатками данного способа, принятого за прототип, является то, что в нем отсутствуют технические приемы и операции, обеспечивающие высокую степень очистки промышленных объектов от угольной пыли в сочетании с минимальными затратами и улучшенными технологическими параметрами. К тому же процесс гомогенизации в нем осуществляется внутри горизонтального смесителя, вращающийся орган которого совершает сложное колебательное движение, что существенно усложняет процесс гомогенизации и делает его малоэффективным и ненадежным в процессе эксплуатации. Кроме того, в качестве разбавителя при приготовлении жидкого угольного топлива используется вода, что существенно снижает теплотворную способность топлива и делает его малоэффективным в регионах с холодным климатом и совершенно непригодным для северных регионов, которые и являются основными потребителями жидкого угольного топлива. Нет в нем и решений по улавливанию и нейтрализации угольной пыли. Все вышеизложенное, в конечном результате, исключает эффективное использование способа при очистке промышленных объектов от угольной пыли.
Известен ряд технических решений, в которых решается задача по улавливанию аэрозольных загрязнений в виде пыли, тумана или дыма, в частности известен центробежно-барботажный аппарат для улавливания промышленной пыли [заявка RU №2008129236/15, кл. B01D 47/00, опубл. 27.01.2010 г. RU БИПМ №3], включающий корпус с входным патрубком для газа, вихревую камеру с коллектором для очищающей жидкости и камеру для сбора шлама, в котором всасывающий вентилятор установлен над вихревой камерой, и на оси его электродвигателя закреплен каплеуловитель, выполненный в виде цилиндрического стержня.
Однако такая конструкция каплеуловителя не позволяет эффективно бороться с каплеуносом, а других средств борьбы с этим не предусмотрено.
Предлагаемыми изобретениями решается задача предотвращения пожаро- и взрывоопасности при очистке промышленных объектов от угольной пыли или при переработке угля и одновременное использование ее для получения жидкого котельного топлива.
Для получения такого технического результата в предлагаемом способе очистки промышленных объектов от угольной пыли, включающем улавливание и утилизацию, в нем в процессе улавливания угольную пыль предварительно нейтрализуют, а затем подвергают гомогенизации в присутствии жидкого абсорбента и далее используют в качестве основного ингредиента при приготовлении жидкого котельного топлива, при этом нейтрализацию осуществляют за счет непосредственного взаимодействия всасываемого потока угольной пыли с поверхностью заземляющего электрода, а гомогенизацию проводят путем прямого контакта угольной пыли с жидким абсорбентом внутри центробежно-барботажного аппарата и полученную пылеугольную суспензию инжектируют в объем, в котором ее смешивают уже с другими ингредиентами жидкого котельного топлива, придавая ему желаемые горючие свойства и нужную консистенцию.
Такой технический результат достигается также тем, что в качестве заземляющего электрода в процессе нейтрализации угольной пыли используют внутреннюю поверхность всасывающего тракта.
Такой технический результат достигается и тем, что в качестве жидкого абсорбента при гомогенизации угольной пыли используют метанол или его водный раствор.
Отличительные признаки предлагаемого способа позволяют проводить процесс очистки с улучшенными технологическими и экономическими параметрами, включая высокую степень очистки, а также простого в реализации и эксплуатации.
При исследовании отличительных признаков предлагаемого способа не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся нейтрализации и гомогенизации угольной пыли в присутствии жидкого абсорбента внутри центробежно-барботажного аппарата и последующего использования полученной пылеугольной суспензии в качестве основного ингредиента при получении жидкого котельного топлива. Не выявлены также аналоги, касающиеся использование поверхности всасывающего тракта для нейтрализации всасывающего потока угольной пыли.
Для достижения названного технического результата предлагается устройство, которое содержит корпус с входным и выходным патрубками, всасывающий вентилятор с электродвигателем, имеющим защитный кожух, центробежно-барботажный аппарат с направляющей решеткой и камеру сбора, согласно изобретению внутри корпуса дополнительно установлены камера сепарации и отбойник, а направляющая решетка центробежно-барботажного аппарата расположена непосредственно внутри камеры центробежного вентилятора, всасывающее отверстие которой выполнено в виде полого усеченного конуса, соединенного верхним основанием с верхним фланцем направляющей решетки, а своим нижним основанием - с входным патрубком корпуса, при этом на боковой поверхности камеры сепарации выполнены специальные окна и отверстия для прохода газа и жидкости.
Поставленная задача решается также тем, что внутренняя поверхность полого усеченного конуса выполнена из электропроводящего металла, преимущественно меди, и электрически соединена с заземляющим электродом корпуса.
Поставленная задача решается и тем, что выходной патрубок выполнен в виде сквозных прямоугольных щелей, расположенных в верхней части корпуса и закрыты защитной сеткой.
Задача решается также тем, что отбойник выполнен в виде кольцевой мембраны, герметично соединенной с торцом корпуса и защитным кожухом электродвигателя.
При исследовании отличительных признаков устройства не выявлено каких- либо решений, касающихся выполнения конструкции корпуса и его внутренних элементов, включая камеру сепарации и отбойник, как не выявлено из известных решений, касающихся взаимного расположения всех внутренних узлов, включая центробежный вентилятор, направляющую решетку центробежно-барботажного аппарата и усеченный конус, который соединен одновременно с направляющей решеткой аппарата, всасывающим отверстием камеры центробежного вентилятора и входным патрубком внешнего корпуса устройства.
Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены:
- на фиг.1 - общий вид устройства для осуществления предложенного способа;
- на фиг.2 изображено устройство для образования вихревого слоя жидкого абсорбента (сечение по А-А) фиг.1.
Предлагаемый способ очистки включает улавливание пыли и ее утилизацию, при этом в процессе улавливания пыль предварительно нейтрализуют за счет непосредственного взаимодействия всасываемого потока угольной пыли с поверхностью заземляющего электрода, в качестве которого используют внутреннюю поверхность всасывающего тракта. Затем проводят его гомогенизацию путем прямого контакта с жидким абсорбентом внутри центробежно-барботажного аппарата, где происходит не только уменьшение размера всасываемых угольных частиц, но и образуется многофазная угольная суспензия, включающая воздух, угольную пыль и жидкий абсорбент. В аппарате тяжелые фракции угольной пыли оттесняются на внешний радиус вращающегося барботажного слоя, а легкие - к центру его. При этом процесс барботирования жидкого абсорбента будет происходить тем интенсивнее, чем больше неоднородность и разница в молекулярном весе веществ, участвующих в процессе гомогенизации. Кроме того, тяжелые и крупные фракции пыли постоянно устремляются на периферию, где они дробятся за счет взаимодействия с поверхностью направляющей решетки и проскока пузырьков воздуха через жидкий абсорбент. Этот дрейф частиц позволяет, в конечном варианте, получить устойчивую пылеугольную суспензию нужной дисперсии и консистенции, которая далее инжектируется в объем, где в нее добавляют другие ингредиенты, необходимые для получения жидкого котельного топлива нужного свойства и определенного состава. При этом в качестве абсорбентов целесообразно применять метанол или его водный раствор, что не исключает использование других жидких абсорбентов.
Для осуществления заявляемого способа очистки промышленных объектов от угольной пыли предлагается устройство для нейтрализации и гомогенизации пылеугольной суспензии в поле центробежных сил.
Устройство включает корпус 1 (фиг.1) с входным патрубком 2 и выходным 3, всасывающий вентилятор 4 с электродвигателем 5, центробежно-барботажный аппарат 6 с направляющей решеткой 7, камеру сбора 8, камеру сепарации 9, отбойник жидкости 10, камеру 11 всасывающего вентилятора 4 с входным отверстием 12, верхний фланец 13 направляющей решетки 7 аппарата 6 прямоугольного окна 14 и отверстия 15 камеры сепарации 9, сквозные прямоугольные щели 16, выполненные в верхней части корпуса 1, защитная сетка 17 и защитный кожух 18 электродвигателя. Кроме того, на фиг.1 обозначены (I-V) зоны прохождения пылевоздушного потока, а стрелками указаны его направления движения через эти зоны.
Устройство работает следующим образом.
Угольная пыль поступает в корпус 1 через входной патрубок 2 в первую зону I, где под воздействием электрического потенциала она нейтрализуется, освобождаясь от статического электричества. Далее угольная пыль перемещается с помощью всасывающего вентилятора 4 во вторую зону II, в которой она, проходя через направляющую решетку 7, встречается с жидким абсорбентом (вход его условно не показан). При этом под действием вихревого потока, создаваемого лопатками направляющей решетки 7, частицы угольной пыли, смешиваясь с жидким абсорбентом, вовлекаются в кольцевой вихревой поток. Центробежное поле прижимает этот поток к внутренней поверхности направляющей решетки 7, однако под действием радиальной составляющей вихревого потока часть частиц выносится ближе к центру вихря. Такое распределение по плотности будет тем больше, чем больше тангенциальная составляющая скорости вихря. Тяжелые частицы пыли, набравшие достаточную окружную скорость, будут вновь возвращаться к внутренней поверхности направляющей решетки 7, а ее легкие фракции - пылеугольная суспензия - оттесняются ближе к центру и поступают в зону III, расположенную между корпусом 1 и камерой 11 всасывающего вентилятора 4. Из зоны III пылеугольный поток через прямоугольные окна 14 камеры сепарации 9 поступает в зону IV, где происходит окончательное освобождение его от частиц жидкого абсорбента и пыли при помощи отбойника 10 и воздействия набегающего потока охлаждающего воздуха электродвигателя 5, вновь возвращается через отверстия 15 в зону III, а воздушный поток поступает в зону V. Затем он, пройдя через щели 16 и сетку 17, выбрасывается в окружающую атмосферу. Следует отметить, что многократное изменение направления движения воздушного потока внутри корпуса 1 препятствует каплям жидкого абсорбента и пыли проникать в окружающую среду, а значит и повышает степень его очистки. При этом, в случае неприменения пылеугольной суспензии для получения жидкого котельного топлива, в качестве жидкого абсорбента можно применять техническую воду с добавлением коагулянта и использовать устройство в других областях, например в медицинской, сельском хозяйстве.
Технический эффект от предложенной группы изобретений состоит в следующем.
Заявляемые способ и устройство для очистки пыли просты в реализации и при их изготовлении не требуется ни дорогостоящих материалов, ни специального оборудования, просты и надежны они также и в процессе их эксплуатации, кроме того, этот процесс несложно автоматизировать. А экономичность данного способа в сравнении с другими аналогичными решениями несомненна, к тому же последующее использование гомогенизированной пылеугольной суспензии в промышленности может существенно скомпенсировать все виды затрат, включая эксплуатационные, т.к. мелкодисперсная угольная суспензия является ценным и востребованным продуктом.
Таким образом, изложенные выше сведения показывают, что при использовании заявляемой группы изобретений выполнена следующая совокупность условий:
- средства, воплощающие группу изобретений при их осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно при очистке промышленных объектов от угольной пыли;
- для заявляемой группы изобретений в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах формулы изобретений, подтверждена возможность осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средства, воплощающие заявляемую группу изобретений, при их осуществлении способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Преимущество заявляемой группы изобретений состоит в том, что использование способа и устройства для очистки промышленных объектов от угольной пыли улучшает процесс и снижает все виды затрат, включая эксплуатационные, обеспечивая при этом высокую степень очистки и эффективность в сочетании с высокой надежностью.
Следовательно, заявляемая группа изобретений соответствует условию «промышленная применимость» по действующему законодательству.