Способ получения микросфер из водной суспензии летучей золы тепловых электростанций и стационарная установка для его осуществления

Номер инновационного патента: 28201

Опубликовано: 17.03.2014

Автор: Миков Александр Григорьевич

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Способ получения микросфер из водной суспензии летучей золы тепло­вых электростанций и стационарная установка для его осуществления
Изобретение относится к производству полых микросфер из летучей золы тепловых электростанций для использования в качестве наполнителя при производстве пластмасс, строительных материалов, композиционных мате­риалов, жаропрочных покрытий, а также в качестве сорбентов, например для нефтепродуктов.
В способе получения микросфер из водной суспензии летучей золы теп­ловых электростанций гидросепарацией при скорости нисходящего потока 5-7 м/час, включающего съем микросфер, обезвоживание и сушку согласно изобретению из резервуара накопителя исходной суспензии подают суспен­зию на обработку в закрытых резервуарах под давлением 1-2,5 атм с пода­чей смеси сжатого воздуха и пара при их соотношении 1:1 в направлении, противоположном нисходящему потоку суспензии, после чего в резервуаре отстойнике осуществляют съем микросфер. Разработана установка для осуществления способа, включающая резервуары для суспензии, устройства для съема микросфер, их обезвоживания и сушки, которая согласно изобре­тению содержит резервуар накопитель исходной суспензии, соединенный с закрытым резервуаром, имеющим в его нижней части патрубки подачи воз­духа и пара и который связан с резервуаром отстойником для съема микро­сфер. В предлагаемой установке резервуар накопитель исходной суспензии соединен с трубами золопровода ТЭС. Закрытый резервуар и резервуар от­стойник установлены каскадно для перетекания суспензии самотеком.
Разработанные способ и стационарная установка обеспечивают повыше­ние извлечения и качества продукта. Стационарная установка позволяет эф­фективно получать качественные микросферы промышленным способом, может работать круглосуточно в течение года, забирает для переработки водную суспензию летучей золы из непосредственно из золосброса ТЭС.

Текст

Смотреть все

(51) 03 5/64 (2006.01) 04 18/10 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ воздуха и пара при их соотношении 11 в направлении,противоположном нисходящему потоку суспензии, после чего в резервуаре отстойнике осуществляют съем микросфер. Разработана установка для осуществления способа,включающая резервуары для суспензии, устройства для съема микросфер, их обезвоживания и сушки,которая согласно изобретению содержит резервуар накопитель исходной суспензии, соединенный с закрытым резервуаром, имеющим в его нижней части патрубки подачи воздуха и пара и который связан с резервуаром отстойником для съема микросфер. В предлагаемой установке резервуар накопитель исходной суспензии соединен с трубами золопровода ТЭС. Закрытый резервуар и резервуар отстойник установлены каскадно для перетекания суспензии самотеком. Разработанные способ и стационарная установка обеспечивают повышение извлечения и качества продукта. Стационарная установка позволяет эффективно получать качественные микросферы промышленным способом,может работать круглосуточно в течение года, забирает для переработки водную суспензию летучей золы непосредственно из золосброса ТЭС.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОСФЕР ИЗ ВОДНОЙ СУСПЕНЗИИ ЛЕТУЧЕЙ ЗОЛЫ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И СТАЦИОНАРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к производству полых микросфер из летучей золы тепловых электростанций для использования в качестве наполнителя при производстве пластмасс,строительных материалов,композиционных материалов, жаропрочных покрытий, а также в качестве сорбентов, например для нефтепродуктов. В способе получения микросфер из водной суспензии летучей золы тепловых электростанций гидросепарацией при скорости нисходящего потока 5-7 м/час, включающего съем микросфер,обезвоживание и сушку согласно изобретению из резервуара накопителя исходной суспензии подают суспензию на обработку в закрытых резервуарах под давлением 1-2,5 атм с подачей смеси сжатого Изобретение относится к производству полых микросфер из летучей золы тепловых электростанций для использования в качестве наполнителя при производстве пластмасс,строительных материалов, композиционных материалов, жаропрочных покрытий, а также в качестве сорбентов, например для нефтепродуктов. При сжигании углей в топках котлов тепловых электростанций (ТЭС) из минеральных примесей образуются алюмосиликатные полые микросферы легкий сыпучий мелкодисперсный порошок,состоящий из отдельных сферических полых прочных частиц. Содержание полых микросфер в золе-уноса на различных ТЭС составляет от десятых долей процента до нескольких процентов. Размер микросфер изменяется от 5 до 500 мкм, причем преобладающее количество микросфер имеет диаметр 50-150 мкм. Несмотря на то, что микросферы являются незаменимым компонентом в строительных материалах и многих других ценных материалах,в настоящее время зольные микросферы вместе с золой уноса выводят на золоотвалы, где они скапливаются в больших количествах и создают дополнительную экологическую напряженность в районах электростанций. Одной из причин того, что микросферы на сегодняшний день не извлекаются в полном объеме из водно-зольного потока, является отсутствие надежной и эффективной технологии выделения микросфер, как товарного продукта из золы-уноса ТЭС. В настоящее время на практике освоен только один способ получения алюмосиликатных микросфер из золы от сжигания углей на ТЭС при гидроудалении золы - это сбор с водной поверхности золоотвала. При достаточной глубине озера происходит естественная флотация микросфер, т.к. их объемный вес значительно меньше, чем у воды. Однако, таким образом,удается собрать лишь незначительную часть образовавшихся при сгорании угля микросфер. Во первых,таким способом можно собрать микросферы только в теплое время года - от 5 до 6 месяцев. Во - вторых, в естественном состоянии всплывают не все микросферы, от 0,5 до 1 от количества сжигаемого угля. Кроме того, такие микросферы имеют примеси аналогичных легких частей, а также несгоревших частиц угля. Известен способ получения микросфер из водной суспензии летучей золы тепловых электростанций включающий гидросепарацию, съем всплывших микросфер, их обезвоживание, сушку. При этом съем всплывших микросфер производят мобильной установкой - эжекторным насосом с фильтрующей насадкой, при скорости всасывания водной суспензии 20-250 м 3/час с поверхности понтонного поддона площадью 5-100 м 2, прижатого к нижнему слою микросфер. Разделение полых микросфер по фракциям осуществляют в многоступенчатом вращающемся барабанном классификаторе с самоочищающимися поверхностями сеток для рассева микросфер (Пат. РФ 2257267, кл. С 04 В 18/10, В 03 В 7/00 оп. 27.07.2006). Способ не 2 обеспечивает эффективного сбора микросфер с достаточной производительностью. Известен способ сбора микросфер из золы-уноса,согласно которому микросферы с водной поверхности золоотвала собирают с помощью плавающих бонов, центробежной мотопомпы с дальнейшей фильтрацией суспензии (Пат. РФ 2407593, кл. В 03 В 7/00, Е 02 В 15/04, оп. 20.06.2010 г.). Способ, также как, и описанный выше, не позволяет эффективно получить качественные микросферы. Авторы патентов США 4121945, кл. С 04 В 31/10,оп. 12.12.1978 и 4652433, кл. В 03 В 9/04, оп. 24.03.1978 предлагают выделять микросферы из водной суспензии летучей золы ТЭС добавлением в нее различных реактивов, перемешиванием в последовательно установленных смесителях с добавлением в последней стадии смешивания пенообразователя. На заключительной стадии выделения микросфер применяют флотацию для максимального удаления несгоревшего углерода,отстаивание и сгущение оставшейся части зольных уносов с концентрацией микросфер в сливе, съем и обезвоживание микросфер. Недостатками данных способов являются большие затраты и сложность получения микросфер, т.к. технология включает большое количество операций - смешения,флотации и удаления несгоревшего углерода с применением пенообразователя. Необходимость использования флокулянтов для увеличения скорости всплытия микросфер также приводит к удорожанию процесса. Наиболее близким к предлагаемому является способ получения микросфер из водной суспензии летучей золы тепловых электростанций,включающий гидросепарацию водной суспензии,съем всплывших микросфер и их обезвоживание,при этом гидросепарацию проводят при скорости нисходящего потока 5-7 м/ч, извлечение микросфер составляет 80 (Пат РФ 2013410, кл. С 04 В 18/16,В 03 В 5/64, оп. 30.05.1994 г.). Способ осуществляют с помощью установки,описанной в указанном патенте, которая включает пирамидальные емкости для суспензии с выходными отверстиями и вентилями, устройства для съема всплывших микросфер, вакуум-фильтр и сушилку. Недостатком данного способа и установки для его осуществления является ограниченность применения при содержании твердой фазы в суспензии в пределах 8-25 мас. , (максимальная производительность при содержании золы 25 мас.) в то время как фактическое содержание золы в золосбросах ТЭС может находиться в гораздо меньших пределах. Кроме того, угольный недожог,разбитые микросферы и другие примеси не удаляются из продукта данным способом, а емкости для гидросепарации рекомендовано устанавливать на технологической площадке территории ТЭС, что является недопустимым. Задачей изобретения является разработка эффективного способа получения микросфер из водной суспензии летучей золы тепловых электростанций,обеспечивающего повышение извлечения и качества продукта, а также разработка стационарной установки, позволяющей эффективно получать качественные микросферы промышленным способом, которая может работать круглосуточно в течение года, забирает водную суспензию летучей золы из золосброса ТЭС,перерабатывая ее и возвращая на золоприемник. Для этого в способе получения микросфер из водной суспензии летучей золы тепловых электростанций гидросепарацией при скорости нисходящего потока 5-7 м/час, включающего съем микросфер, обезвоживание и сушку согласно изобретению из резервуара накопителя исходной суспензии подают суспензию на обработку в закрытых резервуарах под давлением 1-2,5 атм с подачей смеси сжатого воздуха и пара при их соотношении 11 в направлении, противоположном нисходящему потоку суспензии, после чего в резервуаре отстойнике осуществляют съем микросфер. Отношение суммарной секундной подачи смеси сжатого воздуха и пара к объему закрытого резервуара составляет 1 (240 - 480). Подачу исходной суспензии в резервуар накопитель осуществляют непосредственно из труб золопровода ТЭС. Для достижения указанного технического результата разработана установка для осуществления способа, включающая резервуары для суспензии, устройства для съема микросфер, их обезвоживания и сушки, которая согласно изобретению содержит резервуар накопитель исходной суспензии, соединенный с закрытым резервуаром, имеющим в его нижней части патрубки подачи воздуха и пара и который связан с резервуаром отстойником для съема микросфер. В предлагаемой установке резервуар накопитель исходной суспензии соединен с трубами золопровода ТЭС. Закрытый резервуар и резервуар отстойник установлены каскадно для перетекания суспензии самотеком. Установка содержит несколько параллельных технологических линий, содержащих закрытые резервуары и резервуары отстойники, соединенные с резервуаром накопителем исходной суспензии. Для регулирования объема и скорости истекающего потока из резервуаров на выходе они имеют затворы. Введение в предлагаемом способе обработки в закрытых резервуарах под давлением 1 -2,5 атм с подачей смеси сжатого воздуха и пара при их соотношении 11 позволяет создать в резервуаре вихревое движение, при котором частицы золы с налипшими микросферами соприкасаются друг с другом с большой скоростью. При этом происходит отделение микросфер от частиц угля. Подача смеси сжатого воздуха и пара в направлении,противоположном нисходящему потоку, усиливает эффект вихревого движения и, следовательно,обеспечения максимального разделения частиц. Проведение обработки под давлением 1-2,5 атм также способствует очистке микросфер от частиц угля и золы, частицы несгоревшего угля и разрушенные микросферы оседают на дно резервуара. Таким образом, при созданных условиях значительная часть микросфер принудительно отделяется от частиц примеси, увеличивая примерно вдвое общее содержание микросфер, по сравнению с образующимися микросферами при естественной гидросепарации, которая осуществляется во всех известных способах. Соотношение в смеси сжатого воздуха и пара,равное 11, является необходимым для обеспечения эффективного отделения микросфер от примесей. Отношение суммарной секундной подачи смеси сжатого воздуха и пара к объему закрытого резервуара составляет 1 (240 - 480) и определено экспериментальным путем. Разработанная заявителем стационарная установка обеспечивает возможность повысить извлечение микросфер достаточной чистоты с помощью оборудования,непосредственно подключаемого к золопроводу ТЭС, что дает возможность получать микросферы в течение всего года, не используя технологию их сбора на золоотвалах. Использование в установке закрытого резервуара, имеющего в его нижней части патрубки подачи воздуха и пара позволяет осуществить интенсивную гидросепарацию,В установке предусмотрен резервуар-накопитель, соединенный с золопроводом ТЭС в который поступает исходная суспензия, а также резервуар отстойник, в котором завершается процесс гидросепарации. Выполнение в установке нескольких параллельных технологических линий с каскадной установкой обеспечивает возможность регулировать производительность установки, согласовывая ее с объемом золопровода. На прилагаемой схеме, фиг.1, представлена разработанная установка,где 1-резервуарнакопитель, 2,3,4 - герметично закрытые резервуары для работы под давлением 0,5-2,0 атм. Резервуары 2,3,4 устанавливают каскадно по высоте для того,чтобы водная суспензия перетекала из верхнего в нижний самотеком. Исходная суспензия подается из трубы золопровода 5 по патрубку 6. Каждый закрытый резервуар 2,3,4 имеет патрубки ввода 13 и вывода 14 пульпы, патрубок вывода микросферы 15,патрубки ввода сжатого воздуха 16 и пара 17, а также лопатку 18 для сброса микросферы в наружную обечайку 20. Привод лопатки осуществляется от мотор-редуктора 19, а подача водной суспензии из резервуара-накопителя в каскад резервуаров осуществляется дренажным насосом 10,а микросфера откачивается эжекторными насосами 11 в отстойник микросферы 7. Обезвоживание микросфер осуществляют в вертикальной сушилке 8, а до нужной влажности микросферу сушат в сушилке. Для регулирования объема заполнения каскадных резервуаров служат затворы 12. Предлагаемая установка работает следующим образом. Исходную водную суспензию летучей золы тепловой электростанции из золопровода 5 ТЭС по патрубку 6 подают в резервуар-накопитель 1, откуда ее насосом 10 подают в герметичные закрытые резервуары 2,3,4,установленные 3 каскадно. В резервуарах 2 и 3 всплывает до 10 микросфер, которые вращающейся от моторредуктора 19 лопаткой 18 сбрасываются в обечайку 20 и далее эжекторным насосом 11 перекачиваются по патрубку 15 в отстойник микросфер 7 в резервуарах 2,3 микросферы в основном отделяются от частиц золы и несгоревшего угля. Из резервуаров 3 поток водной суспензии самотеком попадает в резервуары 4, диаметр которых выбирают из условия соблюдения скорости нисходящего потока 5-7 м/час. В этих резервуарах происходит основное отделение из суспензии микросфер - до 85-90. По патрубкам 16 и 17 подают в каждый закрытый резервуар сжатый воздух и пар в соотношении 11 при отношении суммарной секундной подачи смеси сжатого воздуха и пара к объему закрытого резервуара 1 (240 - 480). Регулировка наполнения объема резервуаров 2,3 производится затворами 12. Отделенные микросферы из резервуаров 4 эжекторным насосом 11 подают в отстойник 7 и далее на обезвоживание 8 и в сушилку. Высушенные микросферы в виде товарной продукции размещают в тару в помещении затаривания. Отработанный водно-зольный поток подают насосами 10 в резервуар 9 и далее насосами 10 в золосборник. В резервуаре 9 происходит частичное выделение недобранных микросфер в пределах до 5, которые эжекторным насосом 11 по патрубкам 15 подаются в отстойник микросфер 7. В качестве примера реализации способа приводим работу макета предлагаемой стационарной установки,осуществленную Экибастузским научно-техническим центром при акимате города Экибастуза на золосбросе Экибастузской ГРЭС-1. Теоретические расчеты,проведенные по материалам статьи (Свойства золошлаков ТЭС. Полые микросферы из зол уноса электростанций. Данилин Л.Д., Дрожжин , и др. Российский Федеральный Ядерный Центр ВНИИ Экспериментальной физики,Саров//.-.///-.) позволили ожидать образование микросфер всех фракций после сжигания угля в объеме до 3,35 3,8 от объема сжигаемого угля. Методом локализации участка всплытия микросфер и дальнейшим сбором было установлено, что объем всплывших микросфер после сушки и прокаливания составляет 1,45 (при влажности 0,5). После установки частей макета на трубе золосброса и дальнейшей обработки водно-зольной смеси в резервуарах под давлением 2 атм путем подачи смеси сжатого воздуха и пара и последующем отстое смеси собрано микросфер всех фракций в среднем 3,4 - 3,6 от объема сжигаемого угля. При этом варьировались параметры скорости нисходящего потока при отстое смеси, а также соотношения сжатый воздух-пар и соотношения расход водно-зольной смеси на конце трубы золосброса - объем резервуара под давлением и величина избыточного давления. Результирующие графики приведены на фиг. 4-7. Анализ графиков на фиг.2 - 5 и результатов экспериментов на макете стационарной установки приводит к следующим выводам. 1. Теоретические расчеты количества образовавшейся микросферы при сжигании угля в котле ТЭС (3,35 - 3,8)с достаточным приближением совпадают с практическими результатами съема микросферы на стационарной установке (3,4 - 3,6). 2. Наибольшее количество съема микросферы на макете обнаружено при избыточном давлении в резервуаре 1 - 2,5 атм (фиг.4). 3. Наибольшее количество съема микросферы на макете обнаружено при соотношении воздух-пар 11 (фиг.5). 4. Наибольшее количество съема микросферы на макете обнаружено при соотношении объема секундного расхода потока через трубу к объему резервуара 1(240 - 480) (фиг.6). 5. Наибольшее количество съема микросферы на макете обнаружено при скорости нисходящего потока 5-7 м/час (фиг.7). 6. Количество примесей в микросфере с влажностью 0,5 не превышало 1,5. Химический состав определялся в лаборатории ГРЭС-1 2 59 23 35 32 1.4-2 1,9 1 22 О, не более 1,5 Физические характеристики Размер 5-500 мкм Цвет серо-белый Форма сфера Насыпная плотность 0,35 - 0,6 г/см 3 Твердость по Моосу 5-7 Точка плавления 1350- 1400 С Влажность 0,5 РН в воде 7 Полученные характеристики совпадают с характеристиками других исследователей,в частности с паспортом качества на микросферу белую марки Урал Экибастуз фирмы ,полученную из Экибастузского угля (//./-13/6806209000.) Экономическая эффективность заявляемого способа и установки для его осуществления неоспоримы по очевидному признаку круглогодичный и круглосуточный режим работы. Первоначальный вклад довольно значительный,но за счет общего объема добычи микросферы рентабельность способа и установки в несколько раз превышает все известные способы. Для сравнения уральские фирмы, добывающие микросферу на Рефтинской ГРЭС заявляют об общей годовой мощности в 5000 тонн, в то же время на Экибастузской ГРЭС-1, сжигающей примерно в 2 раза меньше угля (из 8 блоков работают 3) на предлагаемой установке можно собрать за год до 40 000 тонн микросферы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения микросфер из водной суспензии летучей золы тепловых электростанций гидросепарацией при скорости нисходящего потока 5-7 м/час, включающий съем микросфер,обезвоживание и сушку, отличающийся тем, что из резервуара накопителя подают исходную суспензию на обработку в закрытых резервуарах под давлением 1-2,5 атм с подачей смеси сжатого воздуха и пара при их соотношении 11 в направлении,противоположном нисходящему потоку суспензии, после чего в резервуаре отстойнике осуществляют съем микросфер. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение суммарной секундной подачи смеси сжатого воздуха и пара к объему закрытого резервуара составляет 1 (240 - 480). 3 .Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу исходной суспензии в резервуар накопитель осуществляют непосредственно из труб золопровода ТЭС. 4. Установка для получения микросфер из водной суспензии летучей золы тепловых электростанций гидросепарацией, включающая резервуары для суспензии, устройства для съема микросфер,их обезвоживания и сушки,отличающаяся тем, что она содержит резервуар накопитель исходной суспензии, соединенный с закрытым резервуаром, имеющим в его нижней части патрубки подачи воздуха и пара и который связан с резервуаром отстойником для съема микросфер. 5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что резервуар накопитель исходной суспензии соединен с трубами золопровода ТЭС. 6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что закрытый резервуар и резервуар отстойник установлены каскадно для перетекания суспензии самотеком. 7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит несколько параллельных технологических линий, содержащих закрытые резервуары и резервуары отстойники, соединенные с резервуаром накопителем исходной суспензии. 8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для регулирования объема и скорости истекающего потока из резервуаров на выходе они имеет затворы.

МПК / Метки

МПК: C04B 18/10, B03B 5/64

Метки: стационарная, осуществления, электростанций, получения, золы, летучей, тепловых, способ, микросфер, суспензии, установка, водной

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/6-ip28201-sposob-polucheniya-mikrosfer-iz-vodnojj-suspenzii-letuchejj-zoly-teplovyh-elektrostancijj-i-stacionarnaya-ustanovka-dlya-ego-osushhestvleniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ получения микросфер из водной суспензии летучей золы тепловых электростанций и стационарная установка для его осуществления</a>

Похожие патенты