ЛЕНТОЧНЫЙ ВАКУУМ-ФИЛЬТР Российский патент 2002 года по МПК B01D33/04 

Изобретение относится к технике обезвоживания зернистых материалов, а точнее к конструкциям ленточных вакуум-фильтров, применяемых преимущественно для обезвоживания крупно-зернистых каменноугольных и антрацитовых продуктов обогащения и может быть использовано в угольной, горно-рудной, химической, металлургической отраслях промышленности.

Обезвоживание крупнозернистых каменноугольных и антрацитовых продуктов обогащения, являющихся полидисперсными, на углеобогатительных фабриках осуществляют с помощью аппаратов различного типа, эффективность работы которых по-разному зависит от гранулометрических характеристик этих продуктов: от средней крупности частиц, от размера наиболее крупных и наиболее мелких частиц, от их количественного соотношения. Для продуктов с преимущественным содержанием крупных частиц обычно применяют либо грохоты, либо фильтрующие центрифуги. Первые имеют большую активную площадь обезвоживания при малой действующей силе - силе тяжести. Вторые имеют малую активную площадь обезвоживания при значительной действующей силе - центробежной силе.

Известные аппараты обоих типов чувствительны к содержанию в обезвоживаемых продуктах мелких частиц: чем их больше, тем влажность обезвоженного продукта выше, тем ниже их производительность. Кроме того, твердые частицы в названных аппаратах перемещаются по рабочей поверхности сит в течение всего периода обезвоживания, интенсивно изнашивая ее. Этот фактор вынуждает применять сита толстостенные и соответственно с малой пропускной способностью, что ухудшает их качественно-количественные показатели /производительность и влажность обезвоженного продукта/ и является их существенным недостатком. Кроме того, поскольку обезвоживаемый материал перемещается по рабочей поверхности названных аппаратов, имеет место его измельчение, что ухудшает его товарные качества и также является их существенным недостатком.

Известен также ленточный пресс-фильтр, описанный в обзорной информации "Обогащение и брикетирование угля", выпуск I, "Современная техника и технологии углеобогащении за рубежом", ЦКИЭИуголь, М., 1988, с.51, применяемый для обезвоживания крупнозернистых угольных продуктов обогащения различных гранулометрических характеристик.

У известного аппарата обезвоживание материала осуществляют за счет механического сжатия осадка твердых частиц и вытеснения из уменьшающихся, благодаря сближению твердых частиц пор жидкости. Остающиеся при этом поры, хотя и уменьшенные, заполнены жидкостью полностью, что влечет за собой повышенную влажность осадка и является существенным недостатком известного аппарата, сдерживающим его применение для обезвоживания крупно-зернистых угольных продуктов обогащения.

Наиболее универсальными и менее требовательными к гранулометрическому составу обезвоживаемых продуктов обогащения являются ленточные вакуум-фильтры. При достаточно развитой рабочей поверхности обезвоживание в них происходит под действием, главным образом, двух факторов: гравитации и перепада давлений по обе стороны фильтровального полотна с находящимся на нем слоем осадка. При этом имеет место как вытеснение жидкости из пор осадка давлением, так и просушка его воздушным потоком, за счет отсоса жидкости из пор, и испарения.

Незначительное время и малая скорость перемещения частиц по рабочей поверхности /в основном при загрузке/ и благодаря этому небольшой абразивный износ фильтровального полотна позволяют выполнять рабочую поверхность с большой пропускной способностью при малых отверстиях, что дает возможность получать на ленточных вакуум-фильтрах при обезвоживании угольных продуктов обогащения лучшие качественно-количественные показатели, чем у названных выше аппаратов при практически отсутствующем измельчении.

Известен ленточный вакуум-фильтр, применяемый для обезвоживания зернистых угольных продуктов обогащения, в том числе и крупно-зернистых, описанный в книге В.А. Жужикова "Фильтрование", M., Недра, 1971г., с.346-348. Известный вакуум-фильтр содержит бесконечную дренажную ленту, имеющую продольный ряд отверстий и покрытую фильтровальным полотном, ведущий и ведомый барабаны, раму, по меньшей мере одну продолговатую /удлиненную/ вакуум-камеру, расположенную вдоль дренажной ленты и примыкающую щелевидным отверстием в своей верхней стенке к продольному ряду отверстий в дренажной ленте, лоток для подачи суспензии. Наружная сторона дренажной ленты рифленая, канавки которой вместе с фильтровальным полотном образуют каналы для перемещения фильтрата и воздуха к продольному ряду отверстий в дренажной ленте, сообщенных со щелевидным отверстием в верхней стенке вакуумной камеры.

Известный вакуум-фильтр работает следующим образом: подлежащая обезвоживанию суспензия по питающему лотку поступает на движущееся с дренажной лентой фильтровальное полотно. Жидкость /фильтрат/ под действием гравитации и главным образом вакуума в вакуумной камере перемещается через фильтровальное полотно в канавки дренажной ленты и далее через продольный ряд отверстий в дренажной ленте в вакуумную камеру, из которой удаляется за пределы вакуум-фильтра. Твердые частицы задерживаются на фильтровальном полотне, образуя слой осадка, поры, между частицами которого заполнены жидкостью. В зоне просушки через осадок под действием разрежения в вакуумной камере проходит воздух, вытесняющий из пор жидкость, которая транспортируется воздушным потоком по канавкам рифленой стороны дренажной ленты и далее через продольный ряд отверстий в дренажной ленте в вакуумную камеру.

Продольное по отношению к дренажной ленте расположение вакуумной камеры и щелевидного отверстия в ее верхней стенке предопределяет большую удаленность этого отверстия от части поверхности фильтровального полотна. При обезвоживании крупно-зернистых продуктов обогащения, характеризующихся большим дебитом по фильтрату и воздуху, это делает гидравлические потери в дренажной системе существенно влияющими на процесс просушки осадка, снижая его эффективность. Наличие открытой поверхности слоя осадка, находящейся по ходу движения фильтровального полотна за щелевидным отверстием вакуумной камеры, предопределяет повышенную нагрузку по воздуху на канавки и отверстия в продольном ряду дренажной ленты, вызывая тем самым дополнительные гидравлические потери. Это снижает скорость движения воздуха в порах осадка и соответственно эффективность удаления из них жидкости. В результате имеет место повышенная влажность осадка, что является существенным недостатком известного вакуум-фильтра. Кроме того, большой расход воздуха, связанный с излишне большой поверхностью осадка, через которую он проходит, вызывает повышенный расход энергии, что также является существенным недостатком известного вакуум-фильтра.

Известен также ленточный вакуум-фильтр, описанный в авт. свидет. СССР 1389816, кл. В 01 D 33/04, применяемый для обезвоживания угольных шламов, в том числе и крупнозернистых.

Известный вакуум-фильтр содержит бесконечное фильтровальное полотно, опорную дренажную перфорированную ленту, установленную на ведущем и ведомом барабанах, причем перфорированная лента и барабан установлены внутри вакуумной камеры, на раму. Зона фильтрования и зона просушки у известного вакуум-фильтра не разделены между собой, из-за чего площадь поверхности фильтровального полотна с находящимся на нем слоем осадка, через которую поступает воздух в вакуумную камеру, нерегулируема по величине. Из-за этого при обезвоживании крупнозернистых продуктов обогащения, образующих легкопроницаемые для воздуха осадки, имеют место большие нерегулируемые расходы воздуха. Кроме того, значительная часть воздуха проходит в вакуумную камеру через участок поверхности осадка, расположенный по ходу движения фильтровального полотна за вакуумной камерой. Поскольку осадок на этом участке наименее обводнен, расход воздуха через него особенно велик.

Чрезмерно большая нерегулируемая площадь поверхности осадка, через которую проходит воздух при его просушке, во-первых, снижает разрежение в вакуумной камере и, уменьшая тем самым скорость движения воздуха в порах осадка, повышает его влажность, и, во-вторых, повышает энергозатраты. Высокая конечная влажность обезвоженного осадка и повышенные энергозатраты являются существенными недостатками известного вакуум-фильтра.

Известен также ленточный вакуум-фильтр, описанный в книге Г.Г. Кудинова и др. "Совершенствование техники и технологии обогащения антрацитов", Киев, Техника, 1994г. , с.115-117, рис.17, применяемый на углеобогатительных фабриках для обезвоживания угольных шламов, в том числе и крупнозернистых. Известный вакуум-фильтр содержит раму, бесконечное фильтровальное полотно, опирающееся на верхнею ветвь дренажной перфорированной ленты, ведущий и ведомый барабаны, продолговатые вакуум-камеры зоны фильтрования и зоны просушки, примыкающие щелевидными отверстиями в своей верхней стенке к дренажной ленте и расположенные вдоль дренажной ленты, перегородки, установленные над фильтровальным полотном, предназначенные для разравнивания слоя твердых частиц и распределения суспензии по поверхности фильтровального полотна. В дренажной ленте выполнен по меньшей мере один ряд отверстий, расположенный вдоль нее и примыкающий к щелевидным отверстиям верхних стенок вакуумных камер, с ее наружной стороны выполнены каналы, покрытые фильтровальным полотном и сообщенные с отверстиями ленты.

При работе известного вакуум-фильтра исходная суспензия крупнозернистого продукта обогащения поступает по питающему лотку на движущееся совместно с фильтровальной лентой фильтровальное полотно, равномерному распределению по которому способствуют установленные над фильтровальным полотном с зазором к нему перегородки.

Под действием разрежения жидкая фаза суспензии проходит через отверстия фильтровального полотна, каналы и отверстия дренажной ленты в вакуумную камеру зоны фильтрования, из которой удаляется за пределы вакуум-фильтра. Твердые частицы задерживаются на фильтровальном полотне, образуя слой осадка. После исчезновения над слоем осадка слоя суспензии, что свидетельствует об окончании собственно процесса фильтрования, начинается процесс просушки осадка, заключающийся в удалении из него жидкости проходящим через него воздухом. Двухфазная смесь "жидкость - воздух" проходит при этом последовательно через отверстия фильтровального полотна, каналы и отверстия дренажной ленты в вакуумную камеру зоны просушки. При обезвоживании крупнозернистых угольных продуктов обогащения, образующих осадки с крупными порами, и благодаря этому с малым гидравлическим сопротивлением, имеют место большие потоки воздуха. По сравнению с обезвоживанием мелкозернистых суспензий слой осадка имеет большую толщину, а время, требуемое для его просушки, собственно меньше. В таких условиях высокодебетной по воздуху и фильтрату просушки продольное расположение вакуумной камеры и щелевидного отверстия в ее верхней стенке и продольного ряда отверстий в дренажной ленте вызывает значительные потери напора воздуха в отводном тракте, так как к единице площади поперечного сечения каналов отводного тракта относится большая площадь поверхности осадка, через который проходит воздух. Кроме того, существенно увеличивает нагрузку по воздуху на отводной тракт площадь поверхности осадка, находящаяся по ходу движения фильтровального полотна за щелевидным отверстием в верхней стенке вакуумной камеры зоны просушки. Эта дополнительная площадь осадка тем больше, чем толще его слой и чем крупнее его зерна. Большие потери напора в отводном дренажном тракте снижают перепад давлений, приходящийся непосредственно на осадок, что снижает скорость прохождения воздуха в его порах, тем самым ухудшает извлечение из них жидкости и в конечном счете при повышенном расходе воздуха увеличивает влажность осадка.

Повышенный расход воздуха при просушке, увеличивающий энергозатраты, и высокая конечная влажность осадка являются существенными недостатками известного вакуум-фильтра.

Целью предлагаемого изобретения является снижение влажности обезвоженного крупнозернистого продукта обогащения и снижение энергозатрат путем интенсификации процесса удаления жидкости из осадка за счет дросселирования проходящего через него потока воздуха, и тем самым увеличения скорости движения этого воздуха.

Поставленная цель достигается тем, что ленточный вакуум-фильтр содержит бесконечное фильтровальное полотно, дренажную перфорированную ленту, ведущий и ведомый барабаны, раму, перегородку, установленную над фильтровальным полотном между зоной фильтрования и зоной просушки, продолговатую вакуумную камеру зоны просушки, примыкающую щелевидным отверстием в своей верхней стенке к перфорированной ленте.

Вакуум-фильтр снабжен воздухонепроницаемой накладкой, покрывающей фильтровальное полотно перед ведущим барабаном, с образованием между накладкой и перегородкой щели для прохода воздуха и закрепленной на раме с возможностью регулирования ширины этой щели, щелевидное отверстие в верхней стенке вакуумной камеры расположено поперек перфорированной ленты вдоль щели, образуемой перегородкой и воздухонепроницаемой накладкой; воздухонепроницаемая накладка может быть выполнена в виде нижней ветви бесконечной ленты, огибающей два ролика, шарнирно соединенных с рамой; вакуумная камера выполнена с возможностью регулирования ширины щелевидного отверстия в ее верхней стенке.

На фиг. 1 изображен предложенный вакуум-фильтр, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - узел I на фиг.1.

Ленточный вакуум-фильтр /фиг.1 и фиг.2/ содержит бесконечное фильтровальное полотно 1, опирающееся на дренажную перфорированную ленту 2, ведущий 3 и ведомый 4 барабаны, раму 5, вакуумную камеру 6 зоны просушки, примыкающую щелевидным отверстием 7 в своей верхней стенке 8 к дренажной перфорированной ленте 2, вакуумную камеру 9 зоны фильтрования /или поддон 9 при фильтровании без вакуума под действием только гравитации/, перегородку 10, установленную над фильтровальным полотном между зонами фильтрования и просушки, загрузочный лоток 11.

Вакуум-фильтр снабжен закрепленной на раме воздухонепроницаемой накладкой 12, покрывающей фильтровальное полотно перед ведущим барабаном с образованием между ней и перегородкой 10 регулируемой по ширине щели 13 для прохода воздуха, а щелевидное отверстие 7 в верхней стенке 8 вакуумной камеры 6 зоны просушки расположено поперек перфорированной ленты 2 /перпендикулярно ее продольной оси/ вдоль щели 13, образуемой перегородкой 10 и воздухонепроницаемой накладкой 12. Воздухонепроницаемая накладка может быть выполнена в виде нижней ветви бесконечной ленты 14, огибающей два ролика 15, шарнирно соединенных с рамой 5 посредством, например, шарнирных рычагов 16 с возможностью регулирования ширины "а" /фиг.3/ щели 13 между перегородкой 10 и накладкой 12.

Вакуумная камера 6 выполнена с возможностью регулирования ширины "в" щелевидного отверстия 7 в ее верхней стенке с помощью, например, установки в последней пластины 17 и закрепления ее в требуемом положении.

Вакуум-фильтр работает следующим образом: подлежащая обезвоживанию суспензия крупнозернистого продукта обогащения поступает по загрузочному лотку 11 на верхнюю ветвь бесконечного фильтровального полотна 1, движущегося совместно с верхней ветвью дренажной перфорированной ленты 2 в направлении ведущего барабана 3. Под действием вакуума и гравитации /а без подключения к источнику вакуума только под действием гравитации/ жидкость в зоне фильтрования проходит через фильтровальное полотно 1, отверстия дренажной перфорированной ленты 2 в вакуумную камеру /поддон/ 9 и далее удаляется из нее в качестве одного из конечных продуктов разделения - фильтрата. На фильтровальном полотне отлагается слой осадка твердых частиц, промежутки /поры/ между которыми заполнены жидкостью. На часть осадка, расположенную по ходу движения фильтровального полотна за перегородкой, действует перепад давлений, создаваемый разрежением в вакуумной камере зоны просушки, вытесняющий из пор осадка жидкость. Через образующиеся при этом каналы проходит воздух, отсасывая жидкость из так называемых глухих пор, не находящихся непосредственно на пути струек воздуха. Расположение продолговатой вакуумной камеры и щелевидного отверстия в ее верхней стенке поперек дренажной перфорированной ленты и ограничение ширины зоны, через которую в осадок поступает воздух при просушке, шириной щели между перегородкой и воздухонепроницаемой накладкой обеспечивают повышенную скорость прохождения воздуха через осадок /эффект дросселирования/ и тем самым интенсивное удаление жидкости из его пор, уменьшая его влажность.

Примыкание щелевидного отверстия в верхней стенке вакуумной камеры к дренажной перфорированной ленте по всей ее ширине обеспечивает прямоточное движение воздуха и удаляемой из осадка жидкости через фильтровальное полотно и отверстия ленты во внутрь вакуумной камеры, избегая гидравлических потерь, имеющих место в канавках дренажной ленты известного вакуум-фильтра, что снижает непроизводительные потери напора воздушного потока на участке от осадка до вакуумной камеры. Это увеличивает скорость движения воздуха в осадке и также снижает его влажность.

Предотвращение поступления воздуха в вакуумную камеру через поверхность осадка, покрытую воздухонепроницаемой накладкой, снижает энергозатраты на обезвоживание.

Некоторое количество воздуха, имеющее возможность проникнуть в вакуумную камеру вдоль слоя осадка в зазоре между воздухонепроницаемой накладкой и фильтровальным полотном /фиг. 3/, из-за большой протяженности слоя осадка на этом участке /"с", "d"/ невелико и не может существенно повлиять на общие энергозатраты. В то же время перпендикулярность направления движения этого воздуха по отношению к направлению движения основного воздушного потока способствует вытеснению жидкости из пор, не подвергшихся его воздействию, в зону его движения.

Благодаря этому из осадка удаляется дополнительная жидкость, что также снижает его влажность.

Изменяя /регулируя/ ширину "а" щели между перегородкой и воздухонепроницаемой накладкой, а также ширину щелевидного отверстия в верхней стенке вакуумной камеры можно за счет изменения степени дросселирования воздушного потока для каждого конкретного крупнозернистого продукта обогащения при наличии конкретного источника вакуума /вакуум-насоса/ подобрать такой режим просушки осадка, который будет обеспечивать наименьшую конечную влажность осадка при снижении энергозатрат.

Преимущества предлагаемого ленточного вакуум-фильтра по сравнению с известным делают особенно выгодным применение его на углеобогатительных фабриках, обогащающих угли на энергетику, т.к. на этих фабриках перерабатывают значительные объемы крупнозернистых продуктов, получаемых при обогащении, с повышенными требованиями к его влажности. Кроме того, предлагаемый вакуум-фильтр целесообразно применять в модульных установках по извлечению горючей массы из существующих илонакопителей, что в условиях сложившегося дефицита топлива для электростанций является актуальным и способствует охране и восстановлению окружающей среды.

Аналогичные технические решения нами не обнаружены, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "существенные отличия".

В настоящее время разработан эскизный проект предлагаемого устройства.

Отдельные узлы проверены на ЦОФ "Гуковская".

Изобретение предназначено для обезвоживания зернистых материалов и относится к конструкциям ленточных вакуум-фильтров, применяемых для обезвоживания крупнозернистых каменноугольных и антрацитовых продуктов обогащения. Ленточный вакуум-фильтр содержит бесконечное фильтровальное полотно, опорную дренажную перфорированную ленту, ведущий и ведомый барабаны, раму, перегородку, вакуумную камеру зоны просушки, примыкающую щелевидным отверстием в своей верхней стенке к перфорированной ленте, закрепленную на раме воздухонепроницаемую накладку, покрывающую фильтровальное полотно перед ведущим барабаном с образованием между нею и перегородкой регулируемой по ширине щели для прохода воздуха. Щелевидное отверстие в верхней стенке вакуумной камеры расположено поперек перфорированной ленты вдоль щели, образуемой воздухонепроницаемой накладкой и перегородкой. Техническим результатом является повышение эффективности обезвоживания зернистых материалов при снижении энергозатрат. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Ленточный вакуум-фильтр, содержащий бесконечное фильтровальное полотно, опорную дренажную перфорированную ленту, ведущий и ведомый барабаны, раму, перегородку, установленную над фильтровальным полотном между зоной фильтрования и зоной просушки, продолговатую вакуумную камеру зоны просушки, примыкающую щелевидным отверстием в своей верхней стенке к перфорированной ленте, отличающийся тем, что он снабжен воздухонепроницаемой накладкой, покрывающей фильтровальное полотно перед ведущим барабаном с образованием между нею и перегородкой щели для прохода воздуха и закрепленной на раме с возможностью регулирования ширины этой щели, а щелевидное отверстие в верхней стенке вакуумной камеры расположено поперек перфорированной ленты вдоль щели, образуемой перегородкой и воздухонепроницаемой накладкой. 2. Вакуум-фильтр по п.1, отличающийся тем, что воздухонепроницаемая накладка выполнена в виде нижней ветви бесконечной ленты, огибающей два ролика, шарнирно соединенных с рамой. 3. Вакуум-фильтр по п.1, отличающийся тем, что вакуумная камера выполнена с возможностью регулирования ширины щелевидного отверстия в ее верхней стенке.