Клапан шланга для подачи мелко измельченного материала
Изобретение относится к области арматуростроения и предназначено для использования в качестве трубчатого клапана для выпуска измельченного материала, предпочтительно сухого известкового ила, который поддерживает содержание сухого вещества на уровне 65-90%. Трубчатый клапан (14) содержит упругую внутреннюю трубу, размещенную внутри камеры давления, которая окружает упругую внутреннюю трубу. Гибкая внутренняя труба клапана имеет минимальную длину, которая в два раза превышает диаметр трубы, но в пять раз меньше диаметра трубы. Указанная труба закреплена своими концами в камере давления с предварительным осевым растяжением между двумя якорями на концах камеры давления, имеет длину в ее ненагруженном и не установленном состоянии на 3-10% меньше, чем ее длина в установленном состоянии, и имеет сужение в форме песочных часов. Камера давления соединена через соединения (143а/143b) с регулятором для регулирования давления в камере давления от первого давления, которое, по существу, равно давлению, установленному внутри гибкой внутренней трубы, до второго давления, которое меньше давления, установленного внутри гибкой внутренней трубы. Изобретение направлено на повышение надежности работы клапана. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение касается трубчатого клапана для выпуска мелко измельченного материала, предпочтительно сухого известкового ила, который обеспечивает содержание сухого вещества на уровне 65-90%, при этом трубчатый клапан содержит упругую внутреннюю трубу, размещенную внутри камеры давления, которая окружает упругую внутреннюю трубу.
Описание предшествующего уровня техники
Зеленый щелок, который является технологическим раствором в процессе подщелачивания, состоит главным образом из карбоната натрия. Зеленый щелок реагирует во время процесса с негашеной известью, за счет чего образуется карбонат кальция (известковый ил) вместе с гидроокисью натрия (белый щелок). Белый щелок фильтруется в трубчатых фильтрах или дисковых фильтрах, при этом эти фильтры, в частности последний, обычно являются фильтрами закрытого типа. Полученный белый щелок повторно используется в процессе обработки серной кислотой для варки кусков целлюлозы. Известковый ил, полученный после фильтрации, окончательно сжигают для преобразования в негашеную известь.
Как описано в Chemical Pulping, Book 6B, ISBN 952-5216-06-3 в разделе «White liquor preparation» «Получение белого щелока» (стр.В133-B202), известковый ил обрабатывают традиционным способом после фильтра белого щелока таким образом, что превращается в суспензию с консистенцией 35-40% и хранится в резервуарах-хранилищах с целью обеспечить постоянную подачу известкового ила в печь для обжига известняка. Известковый ил, который был суспендирован, закачивают из этих резервуаров-хранилищ в устройство для обезвоживания, размещенное сразу перед печью для обжига известняка, где происходит обезвоживание суспензии известкового ила для получения содержания сухого вещества на уровне 65-90%. Обезвоживание обычно происходит в атмосферных барабанных фильтрах, при этом известковый ил, который соскребают с обезвоживающего фильтра, транспортируют на транспортерах в печь для обжига известняка. Это влечет за собой несколько необходимых операций и необходимое оборудование в виде устройств против шлакообразования, резервуаров-хранилищ и аппаратов для обезвоживания.
В непрерывно работающих устройствах фильтрации для жидких суспензий, таких как, например, описанных в патенте Швеции 463771 (патент США 4929355), образуется лепешка (остаток на фильтре) в виде известкового ила на среде фильтра. Этот известковый ил соскребается скреперами (известными как «ножи») и падает вниз в принимающий желоб, где осуществляется дополнительное разбавление с помощью жидкости для разбавления для того, чтобы его можно было транспортировать дальше. Выпускной винт показан в упомянутом патенте Швеции, в одном варианте осуществления изобретения непосредственно после приемного желоба, при этом винт подает шлам дальше в шлюз. Шлюз во втором показанном варианте осуществления изобретения представлен в виде резервуара-хранилища, в котором контролируется уровень и размещена механическая мешалка.
Соответствующее решение с резервуаром-хранилищем и механическим смесителем показано в патенте США 5151176. Резервуары-хранилища и механические мешалки используются также и в других заявках с трубчатыми фильтрами, см. патент США 4264445 для устранения фильтрационного осадка, который удаляется из закрытого трубчатого фильтра. Было учтено, что громоздкий резервуар-хранилище и механическая мешалка, размещенная в нем, являются необходимыми для сохранения известкового ила хорошо перемешанным с добавленной жидкостью для разбавления и предотвращения осаждения известкового ила.
Альтернативная система из Larox OY показана в публикации WO 97/22752, в которой известковый ил отделяют от фильтра белого щелока, размещенного непосредственно после сосуда для подщелачивания. Известковый ил здесь хранят в специальном промежуточном силосном хранилище, которое было разработано таким образом, что можно подавать известковый ил в сухом состоянии непосредственно в печь для обжига известняка. В такой системе можно избежать образования промежуточного шлама из ила, при этом отсутствует аппарат для обезвоживания для известкового ила перед подачей сухого известкового ила в печь для обжига известняка.
Таким образом, достигается поддержание известкового ила после его выделения из жидкой смеси, содержащей ил, в суспендированном виде, как определено традиционной технологией, или в его сухом состоянии с содержанием сухого вещества на уровне 70-80%. Традиционная технология является излишне дорогой, поскольку требуется несколько дополнительных этапов, таких как промежуточное хранение суспендированного известкового ила с постоянным перемешиванием и последующие аппараты для обезвоживания.
Транспортировка сухого известкового ила связана с очень серьезными проблемами, поскольку известковый ил создает пыль, и возникают проблемы, связанные с охраной окружающей среды в процессе восстановления, при этом он способствует быстрому износу обрабатывающего оборудования, поскольку сухой известковый ил воздействует как шлифовальный порошок. Износ означает, что транспортное оборудование для сухого известкового ила из процессов фильтрации, происходящих под давлением, не может быть сконструировано так, чтобы использовать закрытые шлюзы, имеющие механические запорные устройства с малыми допусками, поскольку эти части быстро изнашиваются. Кроме того, сухой известковый ил трудно транспортировать, поскольку ил имеет тенденцию засорять силосные хранилища и системы трубопроводов. В связи с этим сухой известковый ил часто транспортировался в открытых системах, которые подают ил к печи для обжига известняка на транспортерах или т.п. Кроме того, системы должны быть способны подавать ил к печи для обжига известняка равномерным потоком, поскольку печь может легко повредить керамическую футеровку за счет сжигания, если печь не заполнена равномерно по всему пространству. Обычно противодействуют нарушениям в подаче известкового ила путем снижения мощности горелки в печи для обжига известняка для предотвращения слишком большой тепловой нагрузки на плохо заполненную секцию печи для обжига известняка.
Изобретение относится к транспортировке мелко измельченного материала, под которым понимается материал с размером частиц менее 1000 мкм (<0,1 см), предпочтительно менее 100 мкм, при этом материал образует сильно уплотненную структуру с очень высоким перепадом давления в слое, который образуется при уплотнении такого материала. Представляет сложность выгрузка сухого известкового ила, поведение которого подобно поведению цементного порошка или муки, при этом этот мелко измельченный материал образует плотную массу при создании слоя.
Краткое описание изобретения
Изобретение основано на идее, что специальный трубчатый клапан может быть использован в качестве выпускного шлюза из закрытого процесса, из которого мелко измельченный материал выводится, в противном случае этот материал имеет тенденцию засорять выпускное отверстие. За счет удержания мелко измельченного материала в виде единого столба создается работающий пневматический затвор для поддержания в закрытом процессе своего рабочего давления с минимальными потерями, вызванными утечкой через выпускное отверстие.
Целью настоящего изобретения является создание трубчатого клапана, обеспечивающего систему выпуска мелко измельченного материала из закрытого процесса, в которой потери давления через выпускное отверстие являются минимальными, тенденции к образованию пробок могут отслеживаться и использоваться, обеспечена возможность установки пневматического затвора без превращения мелко измельченного материала в шлам (без необходимости установки отделителя жидкости).
Дополнительной целью изобретения является обеспечение подачи сухого известкового ила непосредственно в печь для обжига известняка во время применения для очистки известкового ила.
Дополнительные характеристики, аспекты и преимущества изобретения пояснены последующей формулой изобретения и нижеследующим описанием некоторых вариантов осуществления изобретения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена в целом система согласно изобретению.
На фиг.2 показан трубчатый клапан согласно изобретению.
Подробное описание варианта осуществления изобретения
На фиг.1 показана система с закрытым дисковым фильтром 1, на который подается пастообразная смесь LS известкового ила. Несколько фильтровальных дисков 2 размещено в фильтре, внутреннее пространство которого находится под отрицательным давлением за счет полого вала 3, отводящего жидкость в резервуар 8 для жидкости, в то время как слой известкового ила прикрепляется к поверхностям фильтровальных дисков. Разница в давлении устанавливается с помощью насоса 9, всасывающего газовую фазу резервуара 8 для жидкости и подающего давление на диски через трубопровод 11. Разница давления, которая устанавливается на фильтрующих экранах дисков, составляет порядка 1-1,5 бар.
В том случае, если фильтр является очистителем известкового ила, жидкость обычно состоит из слабого щелока, который содержит остаточную щелочь, которая может присутствовать в смеси LS известкового ила и может быть разбавлена очищающей жидкостью, распыляемой традиционным образом на фильтровальные диски.
Сухой известковый ил, нанесенный на фильтровальные диски 2, соскребают традиционным образом с помощью ножей 5 (скреперов), размещенных на некотором расстоянии от поверхностей фильтровальных дисков 2. Ножи 5 обычно находятся на таком расстоянии от фильтровальных поверхностей дисков, что на дисках образуется фильтрационный осадок, который затем образует предварительно фильтрующую среду на фильтровальном экране, что дает улучшенный эффект фильтрации. Предварительная фильтрующая среда может быть восстановлена заданное число раз путем глубокой чистки трека на фильтровальной лепешке прямо в фильтровальном экране с использованием сопла высокого давления. Часть толщины фильтрационного осадка также может быть восстановлена путем прохождения ножа в направлении фильтровального диска и уменьшения толщины осадка до минимума с последующим возвратом ножа к его исходному положению. Один диск за один раз может таким путем пройти частичное восстановление предварительной фильтрующей среды. Вторым альтернативным вариантом чистки фильтров является традиционное реверсивное продувание, которое может осуществляться для одного диска за один раз или для всех дисков в одно и то же время.
Сухой известковый ил, в котором поддерживается содержание сухого вещества на уровне приблизительно 65-90%, падает вниз в первый приемный желоб 4. Первый приемный желоб 4 размещен под каждым ножом 5 и фильтровальным диском 2.
Первый приемный желоб 4 соединен в своей нижней части с собирающей трубой 6, которая является в основном горизонтальной и в которой размещен первый транспортный винт 7, приводимый в действие двигателем М1. Сухой известковый ил затем подают на поддерживающий давление выпускной шлюз, выполненный в вертикальном валу после первого транспортного винта, где размещены трубчатый клапан 14 и питатель шлюза 13. Предпочтительно, разрушитель 12 пробок размещен в соединении с верхней частью вертикального вала на конце собирающей трубы 6. Разрушитель пробок предназначен для мелкого разделения любых образующихся комков или пробок и таким образом обеспечения подачи в желоб. Разрушитель 12 пробок может состоять из закрепленных колышков или может вращаться в направлении, противоположном направлению подающего винта 7. В этом случае он может быть снабжен несколькими лопастями, разрушающими пробку, подаваемую подающим винтом 7 в направлении разрушителя 12 пробок. Разрушитель 12 пробок может иметь свой собственный постоянно работающий привод или может приводиться в действие с помощью вала подающего винта через реверсивную коробку передач.
Трубчатый клапан 14, который показан более подробно на фиг.2, вместе с питателем 13 шлюза используются для установки пневматического затвора. Питатель 13 шлюза обеспечивает размещение некоторой минимальной высоты известкового ила в трубчатом клапане. Плотно утрамбованный столб известкового ила с мелко измельченным материалом, размещенный в трубчатом клапане, приводит к значительному падению давления и используется в качестве пневматического затвора. В ходе испытаний было доказано, что трубчатый клапан с диаметром 80-120 мм, обеспечивающий столб известкового ила высотой 2-3 дм, может сам по себе обеспечивать разницу в давлении в 1-1,5 бар. Высота столба, необходимая для создания пневматического затвора, является функцией диаметра желоба, в соответствии с чем высота столба обязательно возрастает пропорционально диаметру желоба, при этом высота столба обязательно, по меньшей мере, в два раза больше, чем диаметр. Вращающийся питатель 13 шлюза, приводимый в действие двигателем М2, предпочтительно размещен под трубчатым клапаном для обеспечения предотвращения неконтролируемого вытекания столба известкового ила из трубчатого клапана. Предпочтительно, питатель 13 шлюза имеет 3-5 карманов, при этом число карманов пропорционально размеру, т.е. производительности, питателя шлюза. Вращающийся питатель 13 шлюза в основном обеспечивает создание столба известкового ила во время цикла запуска и предотвращения его неконтролируемого выпуска из трубчатого клапана 14, когда трубчатый клапан освобождает свой зажим вокруг столба известкового ила. Следовательно, могут быть использованы другие типы шлюзов. В альтернативном варианте можно использовать простой мембранный клапан, удерживаемый закрытым, только во время цикла запуска для создания столба известкового ила в трубчатом клапане. Известковый ил падает вниз после питателя шлюза во второй транспортный винт 15, приводимый в действие двигателем М3, который подает известковый ил в закрытом транспортном винте непосредственно к печи для обжига известняка МО.
Трубчатый клапан 14, в крайнем случае, может работать без питателя 13 шлюза, при этом транспортный винт 15 остается неподвижным во время цикла запуска, в то время как в трубчатом клапане образуется столб известкового ила. Если трубчатый клапан активируется периодически, то созданный столб известкового ила может выпускаться через трубчатый клапан с периодическим движением вниз, когда трубчатый клапан попеременно зажимает и освобождает столб известкового ила.
Трубчатый клапан 14 согласно изобретению будет описан более подробно со ссылкой на фиг.2. Трубчатый клапан 14 расположен между выпускным отверстием первого транспортного винта и питателем 13 шлюза за счет соединения верхнего и нижнего фланцев 140а/140b.
Целесообразно, чтобы переходная втулка 146 трубы была вставлена в трубчатый клапан 14, при этом ее внутренний диаметр по существу соответствует внутреннему диаметру трубчатого клапана, когда труба полностью расширена, т.е. когда устанавливается самая большая разница давления между внутренней поверхностью и наружной поверхностью трубы.
Трубчатый клапан должен быть установлен с аксиальным предварительным растяжением для выполнения требуемой функции. Трубчатый клапан, таким образом, приобретает сужение в форме песочных часов.
Гибкая внутренняя труба 142 удерживается с осевым растяжением в корпусе 141 трубчатого клапана с помощью верхнего зажимного кольца 144а и нижнего зажимного кольца 144b. Предпочтительно, чтобы гибкая внутренняя труба, когда она находится в своем ненагруженном исходном состоянии, была бы на 3-10% короче, чем расстояние между концами внутренней трубы, когда она находится в своем смонтированном состоянии.
Камера 145 давления в форме кольцеобразного зазора образована между корпусом 141 трубчатого клапана и внутренней трубой 142.
Когда внутренняя труба 142 имеет максимальное расширение, она будет входить в контакт с корпусом 141, и таким образом корпус предохраняет трубу от локального расширения, которое больше, чем диаметр выпускного отверстия из желоба, и может вызвать деформацию заглушек.
Целесообразно, чтобы гибкая внутренняя труба 142 была изготовлена из натурального каучука или похожего упругого материала, который сопротивляется износу, вызванному известковым илом.
Указанное предварительное растяжение позволяет достичь исходного состояния, в котором труба принимает плавную форму песочных часов, показанную на фиг.2, если внутри трубы существует то же самое давление, что снаружи трубы 142. Когда давление снаружи трубы постепенно падает, расширение, которое является результатом предварительного растяжения, происходит концентрично и равномерно вдоль всей ее длины между точками крепления без какого-либо риска локальной деформации трубы 142.
Целесообразно, чтобы трубчатый клапан имел высоту, которая в значительной степени превышает его внутренний диаметр, поскольку трубчатый клапан должен удерживать столб мелко измельченного материала, который в то же самое время образует пневматический затвор.
Минимальная длина/SL_Min (с созданной высотой, показанной на фиг.2) трубчатого клапана относительно диаметра/SD трубчатого клапана находится в интервале
2×SD<SL_Min<5×SD
C трубчатым клапаном, который в своем исходном состоянии (когда нет разницы давления внутри и снаружи) имеет внутренний диаметр немного больше 10 см, общая длина трубы в ее смонтированном состоянии составляет приблизительно 30-40 см. По меньшей мере, одно соединение 143а/143b с источником давления, который может регулироваться, расположено снаружи трубы 142 для регулировки трубчатого клапана. Соединение 143а может быть, например, соединено с атмосферой, при этом соединение 143b, например, имеет то же самое давление, что и в закрытом фильтре. За счет открытия соединений 143а или 143b труба может быть размещена снаружи под давлением того же самого уровня, что и давление в трубе с внутренней стороны, или она может быть сообщена с более низким давлением, соответственно атмосферным давлением.
Труба в качестве альтернативного варианта может быть сообщена с уменьшенным излишком давления относительно давления в фильтре 1 вместо атмосферного давления.
На фиг.1 схематично показано осуществление регулировки только с одним соединением, используя клапан 21 регулятора, который сообщает наружную поверхность трубы с тем же самым давлением, что преобладает в фильтре, или с атмосферой. На фиг.1 наружная поверхность трубы сообщена с тем же самым давлением, что и внутри фильтра, и по этой причине трубчатый клапан имеет внутри то же самое давление, что и с внешней стороны трубы 142, и клапан принимает форму или исходное положение, которое показано на фиг.2. Это приводит к тому, что труба имеет свой минимальный диаметр и поэтому удерживает столб известкового ила, образованный в трубчатом клапане. Как только трубчатый клапан сообщен с более низким давлением, в показанном случае с атмосферным давлением, разница в давлении между внутренней поверхностью и наружной поверхностью трубы будет увеличиваться таким образом, что труба расширяется и освобождает свой захват столба известкового ила. Предпочтительно, чтобы освобождение трубчатого клапана происходило синхронно с положением питателя 13 шлюза таким образом, что освобождение активируется, когда пустой карман питателя шлюза почти полностью находится под действием столба известкового ила, размещенного над ним. Альтернативным вариантом является трубчатый клапан, поддерживаемый пульсирующим таким образом, что он высвобождает свой зажим с большей частотой, чем частота ориентации карманов питателя шлюза.
За счет синхронной работы можно избежать постоянного контакта между стенками питателя шлюза и выпускаемого столба известкового ила, при этом мощность, требуемая для работы питателя шлюза, и его износ могут быть снижены.
Отсутствует необходимость разрабатывать питатель 13 шлюза с малым допуском между корпусом питателя шлюза и лопастями питателя шлюза, поскольку большая часть падения давления находится в столбе известкового ила, который образуется в трубчатом клапане. Зазор в питателе шлюза может достигать 2-10 мм. Возможно, чтобы питатель шлюза также снабжался очищающим воздухом для опустошения камер в нижнем положении.
На фиг.1 схематично показана система управления, в которой устройство 20 управления определяет положение питателя шлюза по сигнальной линии А, предпочтительно путем определения традиционным образом импульсов от импульсного датчика, размещенного на валу двигателя М2. Устройство 20 управления последовательно активирует клапан 21 регулятора по сигнальной линии В таким образом, что клапан занимает одно из двух положений: положение, при котором трубчатый клапан сообщен с тем же избыточным давлением, что в фильтре 1, положение, при котором трубчатый клапан сообщен с более низким давлением, таким как атмосферное давление. Устройство 20 управления определяет также уровень в трубчатом клапане по сигнальной линии С для последовательного управления скоростью вращения питателя шлюза по сигнальной линии D для поддержания минимального уровня в трубчатом клапане.
Во время испытания известного выходного устройства с трубчатым клапаном, который имеет внутренний диаметр, равный 112 мм, и с толщиной стенки трубы, равной 8 мм, было возможно осуществить сжатие (освобождение) трубчатого клапана, которое соответствует увеличению внутреннего диаметра на 6 мм при отрегулированной разнице давления в 0,8 бар и на 1 мм при разнице давления в 1,2 бара. Увеличение диаметра на 14-128 мм может быть установлено с избыточным давлением приблизительно в 1,5 бар в фильтре. Таким образом, функцию регулировки получают, когда проведена операция, при которой трубчатый клапан предпочтительно имеет контролируемое маленькое изменение в диаметре в интервале 5-10%, в то же время увеличение диаметра такое большое, как на 25%, может быть получено, если требуется.
Возможно поддерживать разницу в давлении и таким образом также увеличение диаметра трубы 142 насколько это возможно низким, для того чтобы минимизировать потери давления (утечки) через трубчатый клапан. Испытание, проведенное с прототипом, показало, что разница в давлении, равная 0,7 бар, которая дает увеличение диаметра на 6 мм, была полностью достаточной. В этих условиях возможно поддерживать расход утечки свежего воздуха ниже уровня 3-4 м3/час.
Частота высвобождения в известном устройстве составляла 8-36 раз в минуту, при этом была установлена скорость потока 1-3 см/сек через блок выходного устройства. Ячеечный питатель, который имел пять ячеек и общий объем, равный 3 л, работал со скоростью вращения, равной 2,3-9 об/мин.
1. Трубчатый клапан для выпуска мелко измельченного материала, предпочтительно сухого известкового ила, который обеспечивает содержание сухого вещества на уровне 65-90%, содержащий упругую внутреннюю трубу, размещенную внутри камеры давления, окружающей упругую внутреннюю трубу, отличающийся тем, что гибкая внутренняя труба имеет минимальную длину sL_Min, которая относится к ее диаметру SD, как 2·SD<SL_Min<5·SD, и указанная труба закреплена своими концами в камере давления с предварительным осевым растяжением между двумя якорями на концах камеры давления, имеет длину в ее ненагруженном и неустановленном состоянии на 3-10% меньше, чем ее длина в установленном состоянии, и имеет сужение в форме песочных часов, и камера давления соединена через соединения (143а/143b) с регулятором для регулирования давления в камере давления от первого давления, которое, по существу, равно давлению, установленному внутри гибкой внутренней трубы, до второго давления, которое меньше давления, установленного внутри гибкой внутренней трубы.
2. Трубчатый клапан по п.1, отличающийся тем, что якоря на концах трубчатого клапана выполнены в виде двух натяжных колец (144а/144b), создающих натяжение наружу от гибкой внутренней трубы к стенкам камеры давления.
3. Трубчатый клапан по п.2, отличающийся тем, что гибкая внутренняя труба изготовлена из натурального каучука или другого аналогичного упругого материала.
