Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОСФЕР ИЗ ЛЕТУЧЕЙ ЗОЛЫ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Предлагаемое изобретение относится к области производства полых микросфер из летучей золы тепловых электростанций, используемых в качестве наполнителей, например при производстве пластмасс и в некоторых изделиях, работающих в агрессивных средах.

Летучая зола тепловых электростанций в виде водной суспензии, содержащая микросферы, золу и шлак, транспортируется в золоотвальный водоем, в котором происходит расслоение: зола и шлак тонут, а микросферы всплывают на поверхность зеркала золоотвального водоема. Размер добываемых микросфер не менее 20 мкм

Известен способ получения микросфер из летучей золы тепловых электростанций, включающий получение водной суспензии с добавлением в нее керосина, перемешивание в последовательно установленных смесителях с добавлением в последней стадии смешивания пенообразователя, двукратную флотацию с максимальным удалением несгоревшего углерода, отстаивание и сгущение оставшейся части зольных уносов с концентрацией микросфер в сливе, съем (извлечение) и их обезвоживание [1].

Общими признаками аналога с заявляемым изобретением являются операции съема (извлечение) микросфер и их обезвоживание.

Недостатком данного способа является сложность получения микросфер, так как технология получения микросфер из летучей золы включает большое количество операций смешивания, двукратную флотацию для удаления несгоревшего углерода с применением пенообразователя.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения микросфер из летучей золы тепловых электростанций, принятый за прототип, включающий операции гидросепарации водной суспензии, извлечение (съем) микросфер и их обезвоживание.

Способ осуществляется следующим образом. Водная суспензия летучей золы из золоотвального водоема насосной установкой подается на гидросепарацию. Гидросепарация осуществляется в трех последовательно установленных пирамидальных емкостях с разгрузочными отверстиями внизу. Водная суспензия летучей золы горизонтальным потоком из первой емкости перемещается во второю, затем в третью. В каждой из емкостей отработанная суспензия в количестве примерно 33% от исходной суспензии самотеком разгружается через разгрузочные отверстия и удаляется в золоотвальный водоем. Из последней емкости всплывшие микросферы извлекают (производят съем) и направляют их на обезвоживание [2].

Общими признаками прототипа с заявляемым изобретением являются операции гидросепарации водной суспензии, извлечение микросфер и их обезвоживание.

Данный способ получения микросфер из летучей золы тепловых электростанций более прост по сравнению с аналогом, так как в нем исключены операции смешивания, двукратной флотации и более экономичен, так как не используются флотореагенты.

Однако при реализации данного способа операция гидросепарации осуществляется в три стадии в специальных пирамидальных емкостях. При разгрузке отработанной суспензии через разгрузочные отверстия пирамидальных емкостей в каждой стадии гидросепарации вместе с загрязняющими примесями частично уносятся и микросферы. Потери, в целом за три стадии, составляют до 20% микросфер от поданных на гидросепарацию из золоотвального водоема. Это обуславливает нерациональные затраты на их транспортировку в пирамидальные емкости и, как следствие, снижает эффективность способа получения микросфер из летучей золы тепловых электростанций.

Задачей, решаемой данным изобретением и достигаемым техническим результатом, является упрощение способа получения микросфер из летучей золы тепловых электростанций, снижение затрат на транспортировку микросфер на стадиальную гидросепарацию за счет сокращения стадиальности операции гидросепарации и повышение эффективности способа получения микросфер из летучей золы тепловых электростанций.

Названный технический результат достигается тем, что в заявляемом способе в отличие от известного, включающего операции гидросепарации водной суспензии, извлечение микросфер и их обезвоживание, для операции гидросепарации водной суспензии в золоотвальном водоеме формируют зону концентрации микросфер высотой 50-150 мм от поверхности зеркала золотвального водоема, отделение микросфер ведут путем забора водной суспензии микросфер из зоны концентрации микросфер на глубине 30-100 мм, а обезвоживание микросфер осуществляют в емкости из пористого материала, размер пор которого меньше минимального размера микросфер (20 мкм).

Совокупность названных существенных признаков позволяет решить поставленную задачу за счет достижения технического результата - упрощение способа получения микросфер из летучей золы тепловых электростанций и повышение его эффективности благодаря сокращению стадиальности операции гидросепарации водной суспензии микросфер и снижение затрат на транспортировку микросфер на стадиальную гидросепарацию.

В заявляемом способе благодаря тому, что для гидросепарации водной суспензии в золоотвальном водоеме формируют зону концентрации микросфер, при перемещении микросфер в зону концентрации обеспечивается дополнительная очистка их от загрязняющих примесей. Экспериментально определено, что при формировании зоны концентрации микросфер оптимальной является высота 50-50 мм, так как при формировании зоны концентрации микросфер такой высоты происходит наиболее эффективная очистка микросфер от загрязняющих примесей. В зоне концентрации микросфер высотой более 150 мм очистка микросфер затруднена, так как загрязняющие примеси из верхнего слоя зоны концентрации микросфер не проходят через всю высоту слоя зоны концентрации микросфер и остаются в ней, что снижает эффективность гидросепарации. При высоте зоны сепарации менее 50 мм затруднен отбор микросфер, т.к. слой концентрации микросфер очень тонкий и вместе с микросферами будет забираться большое количество воды, что приведет к снижению эффективности способа получения микросфер из летучей золы тепловых электростанций.

Отбор микросфер из зоны концентрации микросфер производится на глубине 30-100 мм от зеркала золоотвального водоема.

В таблице приводятся экспериментальные значения концентрации микросфер в водной суспензии на различной глубине ее забора от зеркала золоотвального водоема.

Для эффективной работы насосной установки, транспортирующей водную суспензию микросфер на обезвоживание, требуется, чтобы концентрация твердой фазы была в пределах 30-50%. Из приведенных в таблице данных следует, что при заборе водной суспензии микросфер с глубины менее 30 мм содержание твердой фазы превышает 50%, что затрудняет транспортировку водной суспензии микросфер. При заборе водной суспензии микросфер с глубины более 100 мм содержание твердой фазы менее 30%, что приведет к снижению эффективности способа получения микросфер из летучей золы тепловых электростанций, так как будет транспортироваться большой объем воды.

Обезвоживание осуществляется в емкостях из пористого материала, размер пор которого меньше минимального размера микросфер (20 мкм). Если размер пор будет больше минимального размера микросфер (20 мкм), то будут происходить потери микросфер.

Способ включает следующие операции:

- формирование для гидросепарации в водоеме золоотвала зоны концентрации микросфер высотой 50-150 мм;

- извлечение микросфер путем забора их водной суспензии из зоны концентрации микросфер на глубине 30-100 мм;

- обезвоживание в емкости из фильтрующего материала, размер пор которого меньше минимального размера микросфер (20 мкм).

Сущность способа поясняют фиг.1, где схематично показаны механизмы и приспособления, с помощью которых реализуется способ получения микросфер из летучей золы тепловых электростанций и фиг.2, где изображено заборное устройство.

Способ получения микросфер из летучей золы тепловых электростанций реализуется с помощью следующих механизмов и приспособлений: поплавкового заграждения (1) для формирования зоны концентрации, состоящего из нескольких герметичных резиновых патрубков (2) диаметром 150-160 мм, соединенных между собой с возможностью поворота относительно друг друга. Поплавковое заграждение (1) имеет грузила (на фиг.1 не показаны), которые удерживают поплавковое заграждение (1) в таком положении, что верхняя поверхность резиновых патрубков (2) находится на уровне зеркала золоотвального водоема. Один конец поплавкового заграждения (1) закреплен к опоре (3), другой конец поплавкового заграждения (1) имеет возможность управляемого перемещения. Для извлечения микросфер используется насосная установка (4), к всасывающему патрубку (5) которой присоединено заборное устройство (6), выполненное в виде совка, боковые поверхности которого являются направляющими для забираемой водной суспензии микросфер. Торец совка заборного устройства снабжен штуцером (7), на который надет всасывающий патрубок (5) насосной установки (4). На днище заборного устройства (6) находится поплавок (8), который обеспечивает размещение заборного устройства (6) на заданной глубине в интервале 30-100 мм. Напорный патрубок (9) насосной установки (4) закреплен так, что через свободный конец имеется возможность подачи на обезвоживание водной суспензии микросфер в емкость (10) из пористого материала, размер пор которого меньше минимального размера микросфер (20 мкм), закрепленную на раме (11).

Пример осуществления способа при средних значениях режимных параметров.

Поплавковое заграждение (1), выполненное из нескольких герметичных резиновых патрубков (2) диаметром 150-160 мм, соединенных между собой с возможностью поворота, помещают в золоотвальный водоем, в область наибольшего сосредоточения микросфер. Один конец поплавкового заграждения (1) закрепляют к опоре (2). Свободный конец поплавкового заграждения (1) оператор перемещает таким образом, что резиновые патрубки (2) поплавкового заграждения (1) образуют дугу, внутри которой формируется зона концентрации микросфер и одновременно осуществляется гидросепарация водной суспензии микросфер. Когда высота зоны концентрации микросфер составит 100 мм, перемещение поплавкового заграждения (1) прекращают. В зону концентрации на глубину 65 мм погружают заборное устройство (6), выполненное в виде совка, боковые поверхности которого являются направляющими для забираемой водной суспензии микросфер. Поплавок (8) на днище совка заборного устройства (6) удерживает его на глубине 65 мм. При включении насосной установки (4) во всасывающем патрубке (5) создается перепад давления 0,4 МПа. За счет создаваемого перепада давления водная суспензия микросфер из золоотвального водоема через совок заборного устройства (6) транспортируется насосной установкой (4) и через свободный конец напорного патрубка (9) подается на обезвоживание в емкость (10) из пористого материала, размер пор которого меньше минимального размера микросфер (20 мкм), закрепленную на раме (11). При наполнении одной емкости ее снимают с рамы (11) и закрепляют другую. По мере забора водной суспензии микросфер из зоны их концентрации для поддержания заданной высоты 65 мм зоны концентрации микросфер оператор перемещает незакрепленный конец поплавкового заграждения (1), формируя новую зону концентрации микросфер у заборного устройства (6). По окончании извлечения микросфер из сформированной зоны концентрации микросфер насосную установку (4) выключают, заборное устройство (6) убирают, поплавковое заграждение (1) устанавливают на новое место в золоотвальном водоеме и цикл повторяют.

Таким образом, благодаря сокращению стадиальности операции гидросепарации и снижению затрат на транспортировку микросфер на стадиальную гидросепарацию упрощается способ получения микросфер из летучей золы тепловых электростанций и повышается его эффективность.

Источники информации

1. Патент США №4121945, кл. С 04 В 31/10, 1978. (аналог)

2. Патент РФ №2013410, кл. С 04 В 18/10, 1994. (прототип)