Задача, на вирішення якої спрямовано винахід

Задачею винаходу є розроблення способу і пристрою для надійного відокремлення твердих частинок із обтяженого твердими частинками газу та усунення недоліків, наведених в описі рівня техніки.

Задача винаходу вирішена у відповідному винаходові пристрої для грубого відокремлення згідно з відмітною частиною пункту 1 формули винаходу та у способі грубого відокремлення згідно з відмітною частиною пункту 9 формули винаходу.

*) Цей варіант розглядається, як приклад структури формування опису та формули( іншої ніж пропонується під час практичного заняття 4).

Суть винаходу

Пристрій дозволяє відокремлювати тверді частинки з газу, обтяженого твердими частинками. Тверді частинки часто виводяться із реакторів, застосовуваних для відновлення подрібненого матеріалу, разом із технологічними газами. Зокрема, відомо, що відбувається винесення твердих частинок із зони флюїдизації разом із технологічним газом. Ці тверді частинки необхідно відокремлювати від технологічного газу, після чого їх можна знову повертати в реактор. Внаслідок процесу в зоні флюїдизації винесення твердих частинок може бути дуже інтенсивним, причому разом із газом можуть бути винесені навіть великі частинки твердих речовин. У відповідному винаходові пристрої відокремлення винесених чи викинутих із реактора твердих частинок відбувається в глухому відростку труби, в той час як газ напрямляють у дугоподібний трубний відвід. Завдяки такій конструкції унеможливлюється винесення великих частинок твердої речовини разом із газом. Вони залишаються у розташованій переважно вертикально чи похило підвідній трубі, завдяки чому безпосередньо здійснюється грубе відокремлення. Переважним при цьому є те, що конструкція пристрою не містить рухомих деталей, і частинки твердої речовини неодмінно залишаються у підвідній трубі. Відповідний винаходові пристрій дозволяє уникнути винесення твердих частинок, зокрема великих частинок, тому в процесі подальшої обробки обтяженого твердими частинками газу не виникають проблеми, пов'язані з наявністю цих твердих частинок.

У переважній формі виконання винаходу місцеположення принаймні частково дугоподібного трубного відводу на підвідній трубі вибирають таким чином, що довжина відростка труби приблизно відповідає висоті дугоподібного відводу. Шляхом вибору відповідної довжини відростка труби можна узгодити розміри камери, в яку потрапляють тверді частинки, з експлуатаційними параметрами, наприклад робочим тиском. Довжину відростка труби встановлюють відповідно до швидкості потоку і об'ємного потоку газу, обтяженого твердими частинками. Оскільки дугоподібний відвід впливає на швидкість потоку, було виявлено, що переважним рішенням є таке, в якому довжина відростка труби приблизно відповідає висоті відводу.

Згідно з іншою переважною формою виконання винаходу довжина відростка труби приблизно дорівнює ширині просвіту підвідної труби, помноженій на коефіцієнт від 0,3 до 3, зокрема від 0,5 до 1. Шляхом відповідного комбінування ширини просвіту та довжини можна забезпечити надійне грубе відокремлення твердих частинок відповідно до їх розміру. При цьому використовують інерційність твердих частинок.

Згідно з винаходом радіус кривизни дугоподібного відводу, який має форму дуги кола або дуги, утвореної кількома прямолінійними сегментами, в 3 - 5 разів перевищує ширину просвіту дугоподібного відводу. Було виявлено, що ця форма виконання винаходу є переважною з урахуванням характеристик потоку і падіння тиску, зумовленого відхиленням потоку. Іншим можливим варіантом є утворення дугоподібної форми з множини сегментів. Цей варіант є економічною альтернативою відводу в формі дуги кола. Згідно зі спеціальною формою виконання відповідного винаходові пристрою підвідна труба і дугоподібний відвід мають приблизно однакову ширину просвіту. В цьому випадку внутрішній поперечний переріз потоку залишається майже постійним, тому можна підтримувати невелике падіння тиску в пристрої.

Таке рішення є переважним також із урахуванням впливу на послідовно підключені агрегати для обробки газу, обтяженого твердими частинками.

Згідно з переважною формою виконання відповідного винаходові пристрою підвідна труба та/або дугоподібний відвід у поперечному перерізі мають форму кола, причому їх стінки в зоні стикування глухого відростка труби з дугою мають плоскі ділянки, посилені ребрами жорсткості. Завдяки круглому перерізу опір потоку в пристрої переважно є невеликим. У зоні стикування глухого відростка труби з дугою стінки мають дві плоскі ділянки. Ці плоскі ділянки стінок при конструюванні працюючого під тиском трубопроводу посилюють відповідно розташованими ребрами.

В іншій можливій формі виконання відповідного винаходові пристрою передбачено, що кришка глухого відростка труби має плоску внутрішню поверхню, розташовану горизонтально та/або перпендикулярно осі підвідної труби, або опуклу поверхню, яка має параболічну або напівсферичну чи аналогічну форму. Параболічною формою є куполоподібна форма, радіус кривизни якої є меншим поблизу країв і більшим по центру.

Підвідна труба може бути розташована або вертикально, або похило; вона може також мати S-подібну форму для посилення відхилення потоку.

Тверді частинки виносяться чи викидаються з реакторів, які мають зону флюїдизації, разом із технологічним газом часто з дуже великою швидкістю. Тому ці тверді частинки на високій швидкості наштовхуються на кришку глухого відростка труби і відбиваються нею, після чого під дією сили тяжіння по підвідній трубі знову потрапляють до реактора. Залежно від параметрів багатьох реакторів, які мають зону флюїдизації, тверді частинки викидаються не постійно, а лише при певних співвідношеннях тиску. Завдяки цьому викинуті тверді частинки потрапляють лише у підвідну трубу і глухий відросток труби чи знову падають у реактор. Для цього у звичайному випадку відповідний винаходові пристрій має бути розташований над реактором. Згідно з винаходом у відводі для охолодження попередньо очищеного газу передбачений патрубок для введення потоку охолоджувального газу у попередньо очищений газ. Це дозволяє встановлювати необхідну температуру газу, обтяженого твердими частинками, після пристрою з метою його підготовки до подальшої обробки.

Згідно зі спеціальною формою виконання відповідного винаходові пристрою у підвідній трубі поблизу дугоподібного відводу передбачений виконаний із можливістю закривання отвір для очищення труби зсередини, зокрема для видалення відкладень. У разі застосування пристрою для роботи з гарячим газом, обтяженим твердими частинками, можливе утворення відкладень чи налипання. Передбачений отвір дозволяє легко видаляти зсередини забруднення чи налипання, а також перевіряти пристрій.

Відповідний винаходові спосіб грубого відокремлення частинок твердої речовини з обтяжених твердими частинками газів відрізняється простою концепцією. По підвідній трубі відповідного винаходові пристрою з одного кінця подають гази, обтяжені твердими частинками. Інший кінець підвідної труби закритий кришкою. Дугоподібний відвід розташований на підвідній трубі таким чином, що утворений глухий відросток труби для відокремлення твердих частинок, причому внаслідок інерційності відбувається винесення твердих частинок, які потрапляють до підвідної труби, у глухий відросток труби, причому вони принаймні частково відокремлюються від газу. Газ із рештою твердих частинок відводять через відвід. При цьому лише дуже дрібні тверді частинки можуть разом із газом потрапляти до дугоподібного відводу, тому більшість твердих частинок залишається у підвідній трубі. Проте, спосіб дозволяє насамперед уникнути потрапляння великих твердих частинок до відводу разом із газом. Це є суттєвою перевагою, оскільки на наступних стадіях обробки газу саме наявність твердих частинок розміром більше 5-10 мм може призвести до значних проблем. Переважним при цьому є те, що відокремлення твердих частинок здійснюється завдяки використанню їх інерційності, тобто немає потреби у відхиленні потоку чи введені додаткових технологічних стадій, які потребують великих витрат.

Згідно з особливо переважною формою виконання відповідного винаходові способу відокремлені в глухому відростку труби тверді частинки під дією сили тяжіння знову виносяться через підвідну трубу. Це найпростіше рішення дозволяє не лише забезпечити надійне виведення відокремлених твердих частинок, але й позбутися необхідності у застосуванні відповідних пристроїв для їх виведення.

У можливій формі виконання відповідного винаходові пристрою передбачено, що в процесі винесення відокремлених твердих частинок через підвідну трубу швидкість осідання твердих частинок у глухому відростку труби перевищує швидкість потоку обтяженого твердими частинками газу в підвідній трубі. Отже, оскільки швидкість осідання твердих частинок перевищує швидкість потоку газу, тверді частинки можуть бути винесені через підвідну трубу.

В іншій формі виконання відповідного винаходові пристрою передбачено, що відокремлені тверді частинки відбиваються від кришки глухого відростка труби і відкидаються назад у підвідну трубу. При високих швидкостях потоку газу і твердих частинок частинки наштовхуються на кришку на високій швидкості, після чого знову падають у підвідну трубу.

Згідно з формою виконання відповідного винаходові способу в попередньо очищений газ для охолодження вводять потік охолоджувального газу. Після завершення грубого відокремлення твердих частинок можна регулювати температуру попередньо очищеного газу. Це здійснюють шляхом уведення потоку охолоджувального газу, що дозволяє знизити температуру, наприклад, дуже гарячих газів.

Згідно з переважною формою виконання відповідного винаходові способу тверді частинки, які залишилися у попередньо очищеному газі, відокремлюють у додатковому сепараторному пристрої. Оптимальну підготовку газу для очищення в додаткових сепараторних пристроях можна забезпечити шляхом попереднього грубого відокремлення і в разі необхідності зниження температури, завдяки чому забезпечується якнайвищий коефіцієнт корисної дії та безперебійний режим експлуатації сепараторного пристрою. Зокрема, в разі застосування циклонних сепараторів необхідно відповідно зменшувати температуру гарячих газів і підтримувати певну швидкість потоку. Завдяки попередньому грубому відокремленню здійснюється надійне відокремлення великих твердих частинок і зберігається достатньо висока швидкість потоку, що дозволяє забезпечити оптимальне відокремлення твердих частинок у циклоні або в інших сепараторних пристроях.

Спосіб обробки подрібнених корисних матеріалів, зокрема рудного дрібняку, здійснюють із застосуванням технологічних газів у реакторі, зокрема в зоні флюїдизації, та при підвищеній температурі. Обтяжений твердими частинками технологічний газ, винесений із реактора у результаті реакцій у реакторі, які можуть також мати фонтануючий характер, подають на пристрій за одним із пунктів 1 - 8 формули винаходу.

Відомо, що в разі застосування зон флюїдизації в реакторі постійно спостерігаються піки тиску, внаслідок чого з реактора викидаються не лише пил і дрібні тверді частинки, але й більші частинки розміром понад 5-10 мм. Наявність таких частинок є потенційним джерелом несправностей, оскільки може призвести до налипання, утворення відкладень, а також зменшення поперечного перерізу потоку, навіть до закупорювання. Відповідний винаходові спосіб дозволяє уникнути таких проблем.

Обтяжені твердими частинками технологічні гази подають по підвідній трубі, причому внесені в підвідну трубу тверді частинки внаслідок інерційності потрапляють у глухий відросток труби і принаймні частково відокремлюються від технологічного газу. Попередньо очищений технологічний газ відводять через відвід. Відокремлені в глухому відростку труби тверді частинки під дією сили тяжіння знову потрапляють до реактора по підвідній трубі. Це дозволяє зменшити втрати внаслідок викидання твердих частинок, наприклад рудного дрібняку чи дрібних частинок залізної руди.

Згідно з особливо переважною формою виконання відповідного винаходові способу відокремлення твердих частинок, які залишилися у попередньо очищеному технологічному газі, здійснюють у додатковому сепараторному пристрої, причому ці тверді частинки повертають у реактор за допомогою інжектора. Завдяки цьому забезпечується можливість повернення в реактор, отже в технологічний процес, майже всіх твердих частинок, винесених із технологічним газом. Це дозволяє мінімізувати втрати цінних матеріалів, таких як, наприклад, руда.

Згідно з іншою особливо переважною формою виконання відповідним винаходові способом є спосіб відновлення. Зазвичай відновлення частини або переважної кількості матеріалу, винесеного разом із технологічним газом, наприклад руд чи залізної руди, може спричиняти значні витрати, оскільки відновлений цінний матеріал знову потребує обробки і повернення в технологічний процес, що потребує великих витрат. Відповідний винаходові метод дозволяє напевно уникнути цих проблем.

Винахід докладніше пояснюється на прикладі можливої форми виконання.

Фіг. 1: Можлива форма виконання відповідного винаходові пристрою для грубого відокремлення.

Фіг. 2: Розташування відповідного винаходові пристрою над реактором для термометалургійної обробки матеріалу.

Фіг. 3: Розташування відповідного винаходові пристрою над реактором для 55 термометалургійної обробки матеріалу з похилою підвідною трубою.

На фіг. 1 зображена в основному вертикально розташована підвідна труба 1, яка в межах технологічної лінії сполучена з генератором газів, обтяжених твердими частинками. Стандартний варіант передбачає розташування пристрою з підвідною трубою 1 над таким генератором (реактор 8, див. фіг. 2). У численних металургійних способах, таких як, наприклад, спосіб відновлення або інші металургійні термічні способи, дрібні тверді частинки змішані з технологічними газами (застосовуваними для обробки). Часто разом із газовими потоками, насамперед якщо вони рухаються з високою швидкістю, відбувається винесення дрібних твердих частинок. Наприклад, відомо, що в разі застосування способів псевдозрідження, які ґрунтуються на використанні зони флюїдизації, в зоні флюїдизації постійно відбуваються процеси фонтанування, спричинені високими швидкостями потоків газу. Ці процеси призводять до винесення по трубах технологічного газу, тобто утворення обтяжених твердими частинками газів G, подальша обробка яких потребує великих витрат. У разі винесення твердих частинок із реактора, який має зону флюїдизації, обтяжений твердими частинками газ G надходить по підвідній трубі 1 у відповідний винаходові пристрій. При цьому тверді частинки викидаються у глуху камеру, утворену відростком 5 труби. Внаслідок інерційності переважна частина твердих частинок залишається у відростку 5 труби і не потрапляє до дугоподібного відводу 2.

Тверді частинки, які залишилися у відростку труби, під дією сили тяжіння по підвідній трубі потрапляють назад у реактор, із якого вони були викинуті. Тому потреби в застосуванні додаткових пристроїв для винесення відокремлених твердих частинок із пристрою немає.

Відвід 2 на ділянці стикування з підвідною трубою 1 має дугоподібну форму, завдяки чому уможливлюється безперешкодне проходження потоку газу. Вільний кінець дугоподібного відводу 2 може мати довільну форму, яка забезпечуватиме можливість приєднання до додаткових пристроїв для обробки.

Згідно з фіг. 2 дугоподібний відвід може бути сполучений з додатковим сепараторним пристроєм, наприклад циклоном 9. У такий спосіб забезпечується можливість відокремлення твердих частинок принаймні в дві стадії, а саме грубого відокремлення та наступного тонкого очищення, і в разі необхідності повернення в реактор відокремлених на другій стадії твердих частинок. У звичайному випадку в газ, попередньо очищений на стадії попереднього відокремлення твердих частинок, через патрубок 6 вводять охолоджувальний газ, завдяки чому забезпечується можливість відповідного регулювання температури, переважно охолодження газу. На фіг. 2 наведений можливий варіант розташування кількох відповідних винаходові пристроїв, сполучених із реактором 8.

Переважно у підвідній трубі 1 поблизу дугоподібного трубного відводу 2 передбачений отвір 7, виконаний із можливістю закривання. Завдяки цьому забезпечується доступ для очищення пристрою зсередини. У разі застосування великої кількості обтяжених твердими частинками газів у пристроях, до яких підводять ці гази, утворюються відкладення або налипання. Наявність отвору 7 спрощує процес усунення відкладень і перевірки пристрою.

Кількість пристроїв для грубого відокремлення на кожен генератор газів, обтяжених твердими частинками, встановлюють залежно від потреби. Відповідні технічним стандартам реактори можуть бути оснащені 4-8 пристроями для грубого відокремлення. На фіг. 2 зображений варіант стикування похилої ділянки 10 труби з реактором 8 із вертикальною підвідною трубою 1 та вертикальним глухим відростком 5 труби. Проте, відросток 5 труби може бути розташований також в осьовому подовженні ділянки 10 труби для стикування з реактором.

Відокремлені в циклоні 9 тверді частинки 11 можуть бути повернуті в реактор за допомогою не зображеного інжектора.

Згідно з фіг. 3 підвідна труба 1 є похилою, причому перехідна труба від реактора до пристрою має S-подібну форму, завдяки чому забезпечується можливість посиленого відхилення частинок.

СПОСІБ І ПРИСТРІЙ ДЛЯ ГРУБОГО ВІДОКРЕМЛЕННЯ ТВЕРДИХ ЧАСТИНОК ІЗ ГАЗІВ, ОБТЯЖЕНИХ ТВЕРДИМИ ЧАСТИНКАМИ

Формула

1. Пристрій для грубого відокремлення твердих частинок із обтяжених твердими частинками газів із реактора для обробки подрібнених корисних матеріалів за допомогою технологічних газів, який містить вертикально або похило розташовану підвідну трубу (1) і принаймні частково дугоподібний відвід (2), виконаний з можливістю з'єднання з сепараторним пристроєм для відокремлення залишків твердих частинок із попередньо очищеного газу, який відрізняється тим, що підвідна труба виконана з можливістю підведення обтяжених твердими частинками газів (G) з одного кінця (3), а інший кінець підвідної труби закритий кришкою (4), причому дугоподібний відвід (2) розташований на підвідній трубі (1) таким чином, що утворений глухий відросток (5) труби для осадження твердих частинок, причому радіус кривизни дугоподібного відводу (2), який має форму дуги кола або дуги, утвореної з прямих сегментів, в 3-5 разів перевищує ширину просвіту дугоподібного відводу (2).

2. Пристрій за пунктом 1, який відрізняється тим, що місцеположення дугоподібного відводу (2) на підвідній трубі (1) вибране таким чином, що довжина відростка (5) труби відповідає висоті дугоподібного відводу (2).

3. Пристрій за пунктом 1 або 2, який відрізняється тим, що довжина відростка (5) труби дорівнює ширині просвіту підвідної труби (1), помноженій на коефіцієнт 0,3-3, зокрема 0,5-1.

4. Пристрій за одним із пунктів 1-3, який відрізняється тим, що підвідна труба (1) та дугоподібний відвід (2) мають приблизно однакову ширину просвіту.

5. Пристрій за одним із пунктів 1-4, який відрізняється тим, що підвідна труба (1) та/або дугоподібний трубний відвід (2) мають/має круглий поперечний переріз, причому їх стінки в зоні стикування глухого відростка труби з дугою мають плоскі ділянки, посилені ребрами жорсткості.

6. Пристрій за одним із пунктів 1-5, який відрізняється тим, що кришка (4) глухого відростка (5) труби має плоску внутрішню поверхню, розташовану горизонтально та/або перпендикулярно осі підвідної труби (1), або опуклу поверхню, яка має параболічну або напівсферичну чи подібну форму.

7. Пристрій за одним із пунктів 1-6, який відрізняється тим, що у відводі для охолодження попередньо очищеного газу передбачений патрубок (6) для введення потоку охолоджувального газу у попередньо очищений газ.

8. Пристрій за одним із пунктів 1-7, який відрізняється тим, що в підвідній трубі на ділянці стикування з дугоподібним відводом передбачений виконаний із можливістю закривання отвір (7) для очищення зсередини, зокрема для видалення відкладень.

9. Спосіб грубого відокремлення частинок твердих речовин із обтяжених твердими частинками газів із реактора для обробки подрібнених корисних матеріалів за допомогою технологічних газів, у пристрої за одним із пунктів 1-8, який відрізняється тим, що по підвідній трубі з одного кінця подають обтяжені твердими частинками гази, а інший кінець підвідної труби закритий кришкою, причому дугоподібний відвід розташований на підвідній трубі таким чином, що утворений глухий відросток труби для відокремлення твердих частинок, причому винесені у підвідну трубу тверді частинки осаджують у глухому відростку труби внаслідок їх інерційності та при цьому принаймні частково відокремлюють від газу, а газ із рештою твердих частинок відводять через відвід, причому відокремлені тверді частинки відбиваються кришкою відростка труби і відкидаються назад у підвідну трубу.

10. Спосіб за пунктом 9, який відрізняється тим, що осілі у відростку труби тверді частинки знову виносяться по підвідній трубі під дією сили тяжіння.

11. Спосіб за пунктом 10, який відрізняється тим, що в процесі винесення відокремлених твердих частинок по підвідній трубі швидкість осідання твердих частинок у відростку труби перевищує швидкість обтяженого твердими частинками газу у підвідній трубі.

12. Спосіб за одним із пунктів 10-11, який відрізняється тим, що в попередньо очищений газ для охолодження вводять потік охолоджувального газу.

13. Спосіб за одним із пунктів 10-12, який відрізняється тим, що відокремлення твердих частинок, які залишилися в попередньо очищеному газі, здійснюють у додатковому сепараторному пристрої.

14. Спосіб за одним із пунктів 10-13, який відрізняється тим, що оброблювані в реакторі подрібнені корисні матеріали є рудним дрібняком.

15. Спосіб за одним із пунктів 10-14, який відрізняється тим, що обробку подрібнених корисних матеріалів здійснюють у зоні флюїдизації.

16. Спосіб за одним із пунктів 10-14, який відрізняється тим, що обтяжені твердими частинками технологічні гази подають по підвідній трубі, внесені у підвідну трубу тверді частинки осаджують внаслідок інерційності у відростку труби і принаймні частково відокремлюють від технологічного газу, причому відведення попередньо очищеного технологічного газу здійснюють по відводу, а відокремлені у відростку труби тверді частинки знову повертаються в реактор по підвідній трубі під дією сили тяжіння.

17. Спосіб за одним із пунктів 10-16, який відрізняється тим, що відокремлення твердих частинок, які залишилися у попередньо очищеному технологічному газі, здійснюють у додатковому сепараторному пристрої, причому ці тверді частинки повертають у реактор за допомогою інжектора.

18. Спосіб за одним із пунктів 10-17, який відрізняється тим, що обробка корисних матеріалів за допомогою технологічних газів є способом відновлення.

Винахідники

Аіхінгер Георг (AT); Бауернфайнд Харальд (AT); Вурм Йоханн (AT)

Додаток Г3

Бланк заяви на про видачу патенту України винахід корисну модель

 Прошу (просимо) прискорити публікацію заявки

Примітка. Потрібне позначити значком "Х".

Додаток Г4

Протокол до практичного заняття №4