ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК H05B7/20 F27B15/12 F27D17/00 

Изобретение относится к электрическим установкам, в частности к электротермическому оборудованию для получения особо чистых порошков окислов металлов из порошкообразного, жидкого и гранулированного сырья.

Известна плазменно-дуговая установка, содержащая футерованную печь с крышкой, снабженную плазмотроном с узлом подачи плазмообразующего газа и газосборным каналом, соединенным с патрубком подачи газа в зазор между соплом и кожухом посредством последовательно установленных теплообменника, пылеуловителя, регулятора расхода газа и газодувку.

Недостатком известной установки является необходимость предварительного охлаждения газа перед его пылеочисткой, а также периодичность технологического цикла, связанная с загрузкой-выгрузкой и невозможностью обезвреживания газов без дополнительной газоочистной установки.

Целью настоящего изобретения является усовершенствование конструкции установки для переработки сыпучего сырья, повышение эффективности улавливания горячей пыли окислов ценных тугоплавких и редкоземельных элементов и экономии энергоресурсов для обезвреживания газов от оксидов углерода и азота.

Поставленная цель достигается тем, что крышка печи снабжена отверстием для ввода исходного сырья, а газозаборный канал установки выполнен в виде пылеосадительной камеры, в выходном патрубке которой встроены фильтр тонкой пылеочистки, снабженный фильтрующими элементами из композиционных жаростойких материалов и каталитический элемент, размещенный над фильтром коаксиально газовому потоку в виде слоя волокнистого муллитокремнеземистого катализатора, выложенного в промежутке коаксиально расположенных обечаек каталитического элемента.

Использование фильтрующих элементов из композиционных жаростойких материалов обеспечивает незначительное гидравлическое сопротивление фильтрации, которое при толщине слоя фильтрующих пластин 5 мм не превышает 20 мм водяного столба. Эффективность улавливания пыли окислов тугоплавких и редкоземельных элементов достигается за счет использования пористых пластин с различными по величине порами. Очищенный от пыли газовый поток затем фильтруется через слой катализатора, разогретый за счет тепла отходящего газового потока до 350-400^oC с добавлением в поток очищаемого газа восстановителя.

Как показал патентно-информационный поиск, отличительные признаки предлагаемого технического решения являются новыми и не следуют из известного уровня техники, что позволяет квалифицировать заявляемое изобретением соответствующим критерию "изобретательский уровень".

На чертеже схематично изображена плазменно-дуговая установка, ее продольный разрез.

Установка состоит из корпуса 1 печи с крышкой 2 и отверстием 3 для подачи исходного сырья. Футеровка печи выполнена из огнеупорного материала 4, образующего рабочую камеру-реактор 5, в которой происходит формирование гранул окислов металлов 6. В центральную часть крышки 2 вмонтирован плазмотрон с узлом 7 ввода плазмообразующего газа. Напряжение подается от источника питания 8. Печь снабжена газодувкой 9 для подачи газа в узел 7 вода плазмообразующего газа. Газодувка связана газоходом 10, в котором размещен фильтр 11 тонкой пылеочистки и каталитический элемент 12 с пылеосадительной камерой 13, расположенной в нижней части печи и образующей днище печи. Установка может быть снабжена питателем 14 сырья, обогреваемым за счет тепла отходящих газов, служащим одновременно теплообменником.

Установка имеет фильтр 11 тонкой пылеочистки, в котором размещены фильтрующие элементы 15, выполненные из композиционного жаростойкого фильтрующего материала. Конструктивно фильтрующие элементы 15 выполнены в виде цилиндрических патронов. Фильтрующие элементы разделены на секции, одна из которых отключается на регенерацию.

Над фильтром 11 в газоходе 10 размещен каталитический элемент 12, выполненный в виде двух коаксиальных обечаек 16 из нержавеющей сетки, между которыми выложен слой волокнистого муллитокремнеземистого катализатора 17. Через газовый клапан 18 в поток подается газ-восстановитель.

Установка работает следующим образом.

В плазмотрон подается газодувкой 9 плазмообразующий газ в узел и при подаче от источника питания 8 напряжения возникает низкотемпературная плазма, выходящая из плазмотрона в камеру-реактор 5. В реактор 5 через загрузочное отверстие 3 питателем 14 подается подогретое сырье, которое обрабатывается высокотемпературным потоком плазмы с образованием гранулированных оплавленных частиц окислов металлов 6. Частицы готовых порошков окислов металлов оседают в пылеосадительной камере 13 за счет изменения направления потока отходящего газа. В газоходе 10 отходящие газы фильтруются через фильтр 11 тонкой пылеочистки, выполненный из жаростойкого композиционного материала, позволяющего не охлаждать очищаемый газ, который после тонкой пылеочистки обрабатывается в каталитическом элементе 12 для удаления окислов углерода и азота. Очистка от окислов азота осуществляется за счет каталитической реакции восстановления их до азота на разогретом слое волокнистого муллитокремнеземистого катализатора 17. Температура слоя катализатора поддерживается в пределах 350-400^oC за счет подсасывания воздуха и газа-востановителя через клапан 18. Очищаемые отходящие газы газодувкой 9 после разбавления выбрасываются через трубу в атмосферу. Часть очищенных газов используется для подогрева исходного сырья в питателе 14, а часть по замкнутому кругу направляется обратно в узел 7 ввода плазмообразующего газа.

Использование жаростойких конструкционных материалов в фильтрующих элементах позволяет улавливать окислы ценных тугоплавких и редкоземельных элементов из горячего газового потока, что дает возможность проводить следующую стадию очистки газов от оксидов углерода и азота на слое разогретого этими газами катализатора с подачей в поток газа-восстановителя. Очищенный газ повторно используется в качестве плазмообразующего газа, а также для подогрева исходного сырья. Это позволяет экономить энергоресурсы в 1,5-2,0 раза по сравнению со способами очистки газа, в которых применяются специальные катализаторы.

Cущество изобретения: плазменно-дуговая установка содержит печь, в крышке которой размещены узел подачи сырья, плазмотрон с узлом ввода плазмообразующего газа, газосборный узел отходящих газов, подсоединенный к днищу печи и связанный с теплообменником и газодувкой. Газосборный узел выполнен в виде пылеосадительной камеры, в выходном патрубке которой встроены фильтр тонкой пылеочистки, снабженный фильтрующими элементами из композиционных жаростойких материалов, и каталитический элемент над фильтром коаксиально газовому потоку. 1 ил.

Плазменно-дуговая установка, включающая футерованную печь с крышкой, снабженную по меньшей мере одним плазмотроном с узлом подачи плазмообразующего газа между электродом и соплом и газозаборным каналом, соединенным с узлом подачи газа, отличающаяся тем, что крышка печи снабжена отверстием для ввода исходного сырья, газозаборный канал установки выполнен в виде пылеосадительной камеры, в выходном патрубке которой встроены фильтр тонкой пылеочистки, снабженный фильтрующими элементами из композиционных жаростойких материалов, и каталитический элемент в виде слоя волокнистого муллитокремнеземистого катализатора, размещенный над фильтром коаксиально газовому потоку.