Устройство для извлечения полых микросфер из угольной золы
Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для получения полых микросфер из угольной золы тепловых электростанций, для использования в строительстве, нефтяной и газовой промышленности, при производстве красителей, герметиков, замазок, для получения материалов, способных сорбировать токсичные металлы из водных растворов.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства для эффективного извлечения микросфер из угольной золы уноса теплоэлектростанций и очистки их от несгоревших углеродсодержащих компонентов.
В результате использования предлагаемой полезной модели обеспечивается получение товарной фракции продукта - микросфер с заданными свойствами, применение ультразвукового и плазмохимического воздействия для эффективного выделения и очистки микросфер позволяет обеспечить высокую степень очистки микросфер от углеродсодержащих компонентов и механических примесей при переработке из золоотвалов.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для извлечения полых микросфер из угольной золы, содержащее накопительный бункер с трубопроводами и флотатор, содержит ультразвуковой гомогенизатор для получения ультрадисперсной суспензии золы уноса и блок плазмохимической обработки для отделения золы от остатков углеродосодержащих компонентов суспензии с клапаном для вывода плазмогаза, при этом ультразвуковой гомогенизатор соединен трубопроводом через управляемый вентиль с накопительным бункером, который через трубопровод и вентиль-дозатор соединен с блоком плазмохимической обработки, соединенный трубопроводом с флотатором, имеющим трубопровод для сбора микросфер и клапан для слива отработавшей жидкости.
Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для получения полых микросфер из угольной золы тепловых электростанций, для использования в строительстве, нефтяной и газовой промышленности, при производстве красителей, герметиков, замазок, для получения материалов, способных сорбировать токсичные металлы из водных растворов.
Микросферы образуются в составе золы уноса при сгорании углей в топках котлов из минеральных примесей, образуя мелкие сферические частицы. Часть из них - полые, а большинство представляют собой газонасышенные микросферы сложного химического состава. Размер микросфер обычно находится в пределах от 10 до 450 мкм. Преобладающее количество микросфер имеет диаметр от 100-200 мкм. Газовая фаза, законсервированная внутри микросфер, состоит, в основном, из азота, кислорода и оксида углерода.
Из практики известно, что допустимое содержание примесей, загрязняющих микросферы, не должно превышать 2,0 мас.%. К примесям, загрязняющим микросферы, относятся частицы несгоревшего угля, частицы золы и микросферы, плотностью более 1000 кг/ м3, от их содержания зависит качество материалов, в которых используются микросферы.
Микросферы обладают совокупностью уникальных свойств: малыми размерами, сферической формой, низкой плотностью 300-700 кг/куб.м., высокой твердостью и температурой плавления, а их химическая инертность обуславливает широкий спектр применения в современной промышленности. Кроме того, использование микросфер в качестве наполнителей значительно снижает себестоимость продукции.
Сырьем для извлечения алюмосиликатных микросфер (ценосфер) служит зола, образующаяся при сжигании каменного угля. Зола - унос это тонко дисперсный материал размером от 3 до 150 мм.
Несмотря на то, что микросферы являются незаменимым компонентом в строительстве и других ценных материалах, в настоящее время зольные микросферы вместе с золой уноса вывозят на золоотвалы, где они складируются в больших количествах, создавая экологическую напряженность. В настоящее время в золоотвалах ТЭЦ накоплено миллионы тонн золы. Одной из причин такой утилизации микросфер является отсутствие надежных и эффективных устройств выделения микросфер как товарного продукта из золы - уноса тепловых электростанций.
Известно устройство для извлечения микросфер, содержащее корпус, заполненный водой, в котором установлены отражательная чаша, направляющий конус и камера, в верхнюю часть имеется система управления уровнем воды которой через отражательную чашу подается зола, а в нижнюю часть камеры через распылитель нагнетается воздух, который поднимаясь, создает восходящий водо-воздушный поток навстречу золе, способствующий сепарации микросфер, а также система управления уровнем воды (патент РФ 
25339, опубл. 27.09.2002).
Недостатками известного устройства является низкий выход микросфер.
Известно устройство для традиционного извлечения микросфер путем их сбора с поверхности шлаковых лагун, включающее гидросепарацию водной суспензии микросфер, извлечение микросфер и их обезвоживание, содержащее поплавковое заграждение для формирования зоны концентрации, состоящее из нескольких герметичных резиновых патрубков, насосную установку к всасывающему патрубку которой присоединено заборное устройство, выполненное в виде совка, а напорный патрубок насосной установки закреплен так, что через свободный конец имеется возможность подачи на обезвоживание водной суспензии микросфер в емкость из пористого материала, размер пор которого меньше минимального размера микросфер (20 мкм) (RU 2236905, опубл. 27.09.2004).
Однако этот метод возможен только в летний период и отличается низкой производительностью.
Известно устройство для выделения полых микросфер из летучей золы, включающее получение водной суспензии с добавлением в нее керосина, перемешивание в последовательно установленных смесителях с добавлением в последней стадии смешения пенообразователя, двукратную флотацию с максимальным удалением несгоревшего углерода, отстаивание и сгущения оставшейся части зольных уносов с концентрацией микросфер в слив, съем и обезвоживание их (патент США US4121945. Fly ash benificiation process/1978). Устройство, содержащее конический корпус с патрубками для подвода и отвода пульпы, а также приспособление для сбора микросфер, выполненное в виде ножа, выполняющего периодический съем микросфер с поверхности воды. Для увеличения выхода микросфер в устройстве предусмотрено механическое перемешивающее устройство также периодического действия.
Недостатком данного устройства являются большие затраты и сложность получения микросфер, так как технология получения микросфер из летучей золы включает большое количество операций смешивания, флотацию для удаления несгоревшего углерода с применением пенообразователя, низкий выход микросфер, составляющий не более 0,3% от веса золы. Кроме того, даже такой выход микросфер требует периодического перемешивания пульпы и отстоя для всплытия микросфер, что снижает производительность устройства. Работа на данном устройстве в автоматическом режиме не предусмотрена. Кроме того, данное устройство позволяет собирать микросферы только с поверхности воды, что возможно лишь в летний период. Поэтому поставлена задача по выделению микросфер непосредственно из шлаковой пульпы, т.е. до подачи ее на шлаковое поле.
Известно устройство для разделения материалов, включающее установленную на пульпопроводе отстойную камеру с крышкой и пластинами для уменьшения турбулентности потока и затвора с поплавковым регулятором (а.с. СССР 1245342, кл. В03В 5/62, 1986).
Недостатком такого устройства является то, что невозможно добиться заданной флотации микросфер из-за высокой турбулентности потока в пульпопроводе. Для уменьшения турбулентности пришлось бы значительно увеличить размеры камеры, т.е. практически перейти к традиционному способу извлечения микросфер. Кроме того, данное устройство не удаляет не сгоревший углерод золы.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является устройство, состоящее из конического корпуса с патрубками для подвода и отвода пульпы и приспособлением для сбора микросфер, осуществляющего связь между уровнем воды, расходом пульпы и количеством выделяемых из нее микросфер (патент РФ 2047379, опубл. 10.11.1995 г.).
Недостатками известного устройства является то, что оно применимо только в пульпопроводе ТЭЦ и не может быть использовано для переработки золоотвалов ТЭЦ, так как в устройстве не предусмотрено специального процесса и устройства для отделения микросфер от тяжелых частиц золы и друг от друга. В устройстве также не предусмотрен перемешивающий механизм, повышающий производительность и эффективность работы устройства.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства для эффективного извлечения микросфер из угольной золы уноса теплоэлектростанций и очистки их от несгоревших углеродсодержащих компонентов.
В результате использования предлагаемой полезной модели обеспечивается получение товарной фракции продукта - микросфер с заданными свойствами, применение ультразвукового и плазмохимического воздействия для эффективного выделения и очистки микросфер позволяет обеспечить высокую степень очистки микросфер от углеродсодержащих компонентов и механических примесей при переработке из золоотвалов.
Предлагаемое устройство для извлечения полых микросфер из угольной золы работает в автоматическом режиме и может быть использовано для переработки зольных отвалов с целью извлечения микросфер и может быть так же встроено в пульпопровод, отводящий золу в шлаковую лагуну.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для извлечения полых микросфер из угольной золы, содержащее накопительный бункер с трубопроводами и флотатор, содержит ультразвуковой гомогенизатор для получения ультрадисперсной суспензии золы уноса и блок плазмохимической обработки для отделения золы от остатков углеродосодержащих компонентов суспензии с клапаном для вывода плазмогаза, при этом ультразвуковой гомогенизатор соединен трубопроводом через управляемый вентиль с накопительным бункером, который через трубопровод и вентиль-дозатор соединен с блоком плазмохимической обработки, соединенный трубопроводом с флотатором, имеющим трубопровод для сбора микросфер и клапан для слива отработавшей жидкости.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена общая схема устройства для извлечения полых микросфер из угольной золы.
Устройство для извлечения полых микросфер из угольной золы содержит ультразвуковой гомогенизатор 1, трубопровод 2, управляемый вентиль 3, накопительный бункер 4, трубопровод 5, вентиль-дозатор 6, блок плазмохимической обработки 7, клапан 8, трубопровод 9, флотатор 10, трубопровод 11 для вывода микросфер, клапан 12 для слива отработавшей жидкости.
В устройстве гомогенизатор 1 соединен трубопроводом 2 через управляемый вентиль 3 с накопительным бункером 4, который через трубопровод 5 и вентиль-дозатор 6 соединен с блоком плазмохимической обработки 7. Блок обработки 7 имеет клапан 8 для выпуска плазмогаза и соединен трубопроводом 9 с флотатором 10. Флотатор 10 имеет трубопровод 11 для вывода микросфер, а также клапан 12 для слива отработавшей жидкости.
Работает устройство для извлечения полых микросфер из угольной золы следующим образом.
Исходные компоненты - воду и золу уноса - подают в ультразвуковой (УЗ) гомогенизатор 1, где осуществляют гомогенизацию смеси до получения ультрадисперсной суспензии, которую по трубопроводу 2 через управляемый вентиль 3 направляют в накопительный бункер 4.
Из накопительного бункера 4 по трубопроводу 5 суспензию подают через вентиль-дозатор 6 в блок плазмохимической обработки 7 для отделения золы от остатков углеродсодержащих компонентов суспензии путем преобразования последних в плазмогаз, который выводят из плазмохимического реактора 7 через клапан 8. Очищенную от углеродсодержащих компонентов золу уноса направляют из плазмохимического реактора по трубопроводу 9 во флотатор 10, в котором производят отделение микросфер золы. Микросферы выводят из флотатора 10 через трубопровод 11, а отработавшую жидкость периодически сливают из флотатора через клапан 12.
В ультразвуковом гомогенизаторе 1 под действием ультразвуковых полей с частотой 20-100 кГц происходит гомогенизация суспензии золы уноса в воде вследствие разрушения крупных частиц, состоящих из микросфер, углеродсодержащих компонентов и механических примесей с последующим перемешиванием образовавшихся мелких фрагментов.
В накопительном бункере 4 накапливается гомогенная ультрадисперсная суспензия, содержащая микросферы, для последующей подачи в блок плазмохимической обработки.
В блоке плазмохимической обработки 7 осуществляются химические реакции взаимодействия углеродсодержащих компонентов, механически связанных с микросферами, и воды, приводящие к образованию плазмогаза, состоящего из моноокиси углерода, водорода с относительно небольшой долей балластных газов (азот, углекислый газ, окислы серы и др.).
Во флотаторе 10, фракция, содержащая микросферы, поднимается с пузырьками газа (воздуха) в верхние слои жидкости и выводится по трубопроводу 11, в то время как посторонние примеси, имеющие значительно более высокую объемную плотность, оседают на дно флотатора и периодически выводятся из него путем слива отработавшей жидкости.
Устройство для извлечения полых микросфер из угольной золы, содержащее накопительный бункер с трубопроводами и флотатор, отличающееся тем, что устройство содержит ультразвуковой гомогенизатор для получения ультрадисперсной суспензии золы уноса и блок плазмохимической обработки для отделения золы уноса от остатков углеродосодержащих компонентов суспензии с клапаном для вывода плазмогаза, при этом ультразвуковой гомогенизатор соединен трубопроводом через управляемый вентиль с накопительным бункером, который через трубопровод и вентиль-дозатор соединен с блоком плазмохимической обработки, соединенный трубопроводом с флотатором, имеющим трубопровод для сбора микросфер и клапан для слива отработавшей жидкости.
