Способ и установка для заполнения бункера

1 Настоящее изобретение касается способа и установки для заполнения бункера. В тех отраслях промышленности, где перерабатывают большие количества псевдоожижаемого материала, например, оксида для алюминиевой промышленности, в связи с существующими системами возникают проблемы сегрегации. Такая сегрегация означает, что в связи с накоплением нижних (более мелких) и верхних (более крупных) фракций материала могут происходить локальные изменения. Сегрегация начинается во время операции заполнения, при которой в бункере легко происходят большие перемещения воздуха с последующим накоплением более мелких фракций, в зависимости от геометрии бункера, определяемой, в частности,стенками бункера. При опорожнении бункера или удалении из него какой-либо массы вследствие этого могут возникнуть проблемы с изменением фракций, которые, в свою очередь, также могут привести к технологическим нарушениям в производственной цепочке после бункера, например, к засорению бункера и соответствующих систем транспортировки. Технологические нарушения в самом бункере или в производственной цепочке после него могут привести к повышенной вероятности выброса мелкодисперсной пыли в окружающую среду. В связи с производством алюминия, такие технологические нарушения могут привести к нежелательным ситуациям в ячейках с осадкообразованием, повреждением анодов, засорением точечных питателей и т.д., так что приходится открывать ячейки для принятия различных мер, при которых существует повышенный риск выброса тепла и газообразного фтора в окружающую среду. В документе DE-U1-9408840 описан бункер-хранилище, в центре верхней части которого расположен распределитель материала. Этот распределитель содержит контейнер, в центре верхней части которого выполнен впускной канал, по которому материал подается в контейнер, а в центре нижней части - выпускной канал,причем выпускные каналы имеются и в боковых сторонах контейнера. Выпускные каналы в боковых сторонах контейнера соединены с пневмозолотниками для транспортировки материалов во впускные отверстия, расположенные в верхней части бункера. Внутри контейнера имеется кольцевой элемент, находящийся под расположенным в центре верхней части впускным каналом. Этот кольцевой элемент имеет ограниченную протяженность в вертикальном направлении, обеспечивая материалам проходить как под его нижним краем, так и над его верхним краем к выпускным каналам в боковых сторонах контейнера. Доступ в центрально расположенный выпускной канал обеспечивается закрывающим клапаном, тогда как транспортировку из выпускных каналов можно осуществлять,приводя пневмозолотники в действие с помо 002951 2 щью псевдоожижающего газа. Путем чередующегося заполнения бункера через центрально расположенный выпускной канал контейнера или через выпускные каналы в боковых сторонах контейнера посредством пневмозолотников во впускные отверстия в верхней части бункера можно распределять партии материала разного объема по площади поперечного сечения бункера, что приводит к смешению фракций разных размеров при осуществлении процедуры заполнения бункера. Однако и при таком техническом решении остаются проблемы, связанные с сегрегацией, обусловленной воздухом, в частности - при операциях заполнения с достижением низких уровней материала в бункере, т.е. в условиях, когда высота, с которой падает материал, будет большой. Обычно пытаются избежать технологических нарушений в результате сегрегации, обусловленной воздухом, стараясь не заполнять бункер полностью. В процессе работы такие меры означают, что проблемы, связанные с сегрегацией, решаются за счет того, что в бункере постепенно накапливается столько мелкого материала, что он должен тем или иным путем выходить наружу. Варианты его удаления заключаются в том, чтобы после этого либо попытаться заполнить бункер полностью и удалить мелкий материал, либо использовать его в процессе работы с риском возникновения технологических проблем. В нижеследующей статье Аре Дироя и Гисла Г. Энстада Антисегрегационная труба для противодействия сегрегации, обусловленной течением воздуха, напечатанной на стр.2730 ПОСТЕК Ньюслеттер 16 за декабрь 1997 г. (An antisegregation tube to counteract air current segregation, by Are Diroy and Gisle G. Enstad, pages 27-30, POSTEC Newsletter16, Dec. 1997), предложен способ противодействия сегрегации во время заполнения бункера с использованием центральной трубы (заполняющей трубы), которая проходит от вершины бункера до его дна. Труба снабжена клапанами по всей ее длине, которые закрыты до начала заполнения. Когда заполняют бункер, нижний клапан открывается, потому что давление внутри трубы больше, чем давление снаружи трубы. В соединении с верхней частью трубы можно установить впускной затвор для предотвращения попадания воздуха вместе с материалом, которым заполнена труба, и для регулирования количества материала, подаваемого в трубу. Это решение показало себя эффективным в противодействии сегрегации при заполнении бункера. Недостаток вышеописанной конструкции заключается в том, что труба, установленная в центре контейнера, будет подвергаться воздействию больших сил со стороны материала, которым заполняют бункер. Другой недостаток заключается в том, что при такой конструкции трудно использовать весь объем бункера, по 3 скольку угол скольжения материала будет препятствовать полному заполнению у стенок бункера. Более того, в связи с предложенной системой может возникнуть необходимость дополнительной деаэрации, чтобы избежать сегрегации из-за высоких скоростей воздуха во время заполнения, в частности, в связи с переработкой материала, который был псевдоожижен ранее,т.е. материала, который содержит воздух в результате предшествующей транспортировки по технологической цепочке. В настоящем изобретении предпринята попытка избежать вышеупомянутых проблем. Настоящее изобретение основано на том, что поддерживают количество воздуха, подаваемого в бункер во время заполнения, до регулируемого минимального уровня. Настоящее изобретение также обеспечивает распределение реального материала, подаваемого в бункер, благоприятным образом в этом бункере и позволяет быстрее заполнять его. Кроме того, настоящее изобретение представляет собой установку, которая является более прочной к механическим напряжениям, вызываемым большими перемещениями материала, такими как оползни в бункере. Ниже приведено более подробное описание изобретения со ссылками на чертежи и примеры, причем на фиг. 1 показана установка для заполнения бункера в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 2 показано сечение (на виде сверху), проведенное через бункер с устройством для заполнения бункера в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 1 показан бункер 1 с дном 2 и боковыми стенками 3. Устройство 4 для заполнения бункера установлено в верхней части бункера. Вертикальный транспортер 5 подает материал из хранилища 6 в деаэрационную камеру 7,из которой деаэрационная труба 8 проходит обратно в хранилище. Из деаэрационной камеры 7 материал подается посредством транспортера 9,например, посредством канала псевдоожижения или горизонтального транспортера любого типа,в центральный распределитель 10 материала. К распределителю материала может быть подсоединен один или более подающих узлов 11, 11'(на чертеже показаны два), содержащих впускной регулятор или впускной затвор 12, 12', и заполняющую трубу 13, 13'. Впускной затвор и заполняющая труба могут быть, но это не обязательно, того же типа, как в вышеупомянутой статье в ПОСТЕК. На чертеже показано, что впускной затвор содержит псевдоожижающий элемент 14, 14', выпускной канал 15, 15', впускной канал 16, 16' и деаэрационную трубу 17, 17'. Заполняющая труба 13 может содержать один или более клапанов 18, 19 и иметь любую форму поперечного сечения: квадратную, круглую и т.д. Впускной затвор и заполняющая труба не описаны здесь 4 подробно, поскольку они не являются объектами настоящего изобретения. Впускные каналы 16, 16' сообщаются с распределительными трубами 26, 26' соответственно. Распределительные трубы могут состоять из каналов с небольшим наклоном, например, под углом 1-3, и могут содержать один или более псевдоожижающих элементов, к нижней части которых подается сжатый воздух или газ (не показан). Распределительные трубы 26, 26' соединены с выпускными каналами 27,27' в распределителе 10 материала. Распределитель материала, показанный на чертеже, состоит из контейнера 29, который предпочтительно является цилиндрическим. Однако можно использовать и другие геометрические формы, например, форму параллелепипеда. Контейнер 29 содержит впускной канал 28 в своей верхней части, через который можно подавать материал внутрь с горизонтального транспортера 9. В своей нижней части или дне 20 контейнер содержит псевдоожижающий элемент 30, который полностью или частично покрывает дно. Псевдоожижающий элемент соединен с источником сжатого воздуха или газа(не показан). Дно контейнера снабжено центральным выпускным каналом 32, который имеет клапан 31 для опорожнения контейнера с целью осмотра, обслуживания и т.д. Кроме того,дно может сходить на конус к выпускному каналу и иметь угол при вершине 7. Для деаэрации (удаления воздуха) материала, который попадает в контейнер 29, этот контейнер снабжен одной или несколькими деаэрационными трубами 37, 38. Эти трубы предпочтительно размещены в верхней части контейнера и сообщаются с окружающим воздухом. Трубы открыты на своих концах и могут проходить вниз к дну бункера. В альтернативном варианте, трубы могут быть соединены с хранилищем 6. Как показано на чертеже, в контейнере 29 установлен центральный элемент 36, обеспечивающий равномерное распределение материала при подаче его в контейнер. Элемент 36 может содержать верхнее коническое воронкообразное устройство 33, которое предназначено для направления материала вниз в трубу 34, которая предпочтительно является цилиндрической трубой. Как показано на чертеже, труба 34 оканчивается немного выше дна 20 контейнера, так что между концом трубы и дном 20 образуется кольцевое отверстие. Это кольцевое отверстие предназначено для обеспечения равномерного распределения материала, который попадает в контейнер через воронкообразное устройство 33 и трубу 34, при выпуске как в радиальном, так и в окружном направлении, а также вверх от дна контейнера. Поток материала в зоне между трубой 34 и дном 20 обозначен на чертеже линиями 35. Способ эксплуатации распределителя 10 материала является следующим. 5 Материал подают в распределитель 10 материала по впускному каналу 28 контейнера 29 посредством транспортера 9. Материал подают в контейнер через воронкообразное устройство 33 и трубу 34 и распределяют по дну 20. Материал подвергают псевдоожижению (делают его таким, что он ведет себя как жидкость) посредством псевдоожижающего элемента 30, так что уровень материала в контейнере 29 будет расти равномерно по всему кольцу, образованному между внутренней стенкой контейнера 29 и внешней стенкой трубы 34. Когда этот уровень достигнет выпускных каналов 27, 27', материал будет проходить в распределительные трубы 26,26' примерно в равных количествах и затем будет выходить в подающие узлы 11, 11'. Если в распределитель 10 подают больше материала, чем могут подать в бункер подающие узлы 11, 11' (из-за их вместимости), или если бункер заполняется до такого уровня, что заполняются и подающие узлы 11, 11', то распределительные трубы 26, 26' будут забиты материалом. Тогда достигаемый в контейнере уровень в кольце между трубой 34 и стенкой контейнера будет расти до тех пор, пока не сравняется с уровнем внутри трубы 34. Эти два уровня могут быть разными. Разность уровней будет зависеть, в частности, от геометрических размеров, которые определяют кольцо между трубой 34 и стенкой контейнера, отверстие между нижней стенкой трубы 34 и дном 20, а также от размеров трубы. Эти размеры следует выбирать так, чтобы уровень в кольце не мог подняться выше уровня, на котором установлены аэрационные трубы 37, 38. В этом случае труба 34 будет заполняться справа от входа 28. В качестве меры безопасности, аэрационные трубы могут служить средствами перетока, т.е. если уровень заполнения должен превысить параметры, обусловленные конструкцией, по этим деаэрационным трубам 37, 38 можно выпускать материал. В зависимости от выбранного типа транспортера 9 он также постепенно заполняется. В этой ситуации вертикальный транспортер начнет транспортировать вниз столько материала,сколько поднимается вверх, или может остановиться. Если, например, используется вертикальный транспортер, приводимый в движение электродвигателем, то такую остановку можно предотвратить за счет того, что при любом увеличении контролируемой нагрузки двигателя сработает концевой выключатель, если эта нагрузка превысит нормальную нагрузку. Такие меры может принять любой специалист в данной области техники, поэтому их подробное описание здесь будет опущено. Горизонтальный транспортер может быть оснащен оборудованием для контроля нагрузки, уровня заполнения и т.д. Как показано на чертеже, сам бункер может также быть снабжен средствами регулируемой деаэрации. Например, бункер может содержать каналы 40, 40' всасывания окружающего 6 воздуха и выпускные каналы 41, 41' для отвода воздуха из бункера. Выпускные каналы могут быть соединены с хранилищем 6 и могут содержать средства выделения, такие как вентиляторы (не показаны). С распределителем материала может быть соединен циклон или аналогичное устройство (не показано) для дополнительной деаэрации материала, подаваемого в бункер. Каналы всасывания и выпускные каналы могут содержать клапаны, которыми можно управлять в соответствии с условиями измеряемого давления в бункере, а также можно управлять посредством запрограммированного блока управления. Когда используют принцип подачи, на котором основано настоящее изобретение, важно управлять условиями давления и осуществлять подачу материала, насколько это возможно, без доступа воздуха в него, чтобы тем самым оптимально ограничить сегрегацию, обуславливаемую воздухом. Хотя в вышеописанном примере показаны две распределительные трубы и два подающих узла, настоящее изобретение не ограничивается этими количествами. Следовательно, совокупности любого количества подающих узлов будут находиться в рамках объема притязаний настоящего изобретения. Например, распределитель материала может иметь шесть распределительных труб, которые равномерно распределены в бункере, предпочтительно у его стенки,и могут быть равномерно распределены по его окружности через одинаковые угловые интервалы (60). Безотносительно выбора количества подающих узлов, они должны быть расположены симметрично вокруг центра бункера. Это нужно делать потому, что кучи материала должны быть расположены симметрично для обеспечения симметричного распределения нагрузки (между прочим, и у основания бункера) и предотвращать оползни или проскальзывания,которые могут вызвать повреждение бункера или подающих узлов. Для максимальной защиты подающие узлы следует размещать снаружи на стенке бункера или как можно лучше закрывать их. Таким образом, любые оползни могут быть отведены от подающих узлов в направлении к центру бункера, и это значит, что можно конструировать подающие узлы с размерами,рассчитанными на меньшее максимальное механическое напряжение, чем в случае, если бы они были расположены ближе к центру бункера. На фиг. 2 показано сечение (вид сверху),проведенное через бункер 1 с установкой для заполнения бункера в соответствии с настоящим изобретением. В этом конкретном варианте осуществления, установлены шесть подающих узлов,11, 11', 11, 11, 11, 11 с соответствующими распределительными труба-ми 26, 26', 26, 26,26, 26, соединенными с распределителем 10 материала. Как показано на фиг. 2, каждая распределительная труба 26 может иметь ответвление 50, которое состоит из канала или трубы с 7 концами, открытыми во внутреннее пространство бункера и выходящими на небольшое расстояние от распределительной трубы. Функция ответвления 50 заключается в направлении материала прямо вниз в бункер, когда это требуется, например, если подающий узел для соответствующей распределительной трубы отказал или если бункер в зоне этого подающего узла заполнен. Ответвление предпочтительно установлено так, что оно находится примерно в полурадиусе от центра. Кроме того, ответвление может иметь псевдоожижающий элемент, который включается датчиком контроля уровня, установленным в подходящем месте в соседнем подающем узле. Если датчик контроля уровня в подающем узле выдает сигнал, который указывает, что подающий узел заполнен, включается псевдоожижающий элемент в ответвлении 50,так что материал транспортируется из ответвления в бункер. В этом состоянии псевдоожижающий элемент во впускном затворе 12 остается включенным, тогда как псевдоожижающий элемент (не показан), расположенный в распределительной трубе между ответвлением и впускным затвором, отключается до тех пор, пока датчик контроля уровня не перестанет показывать, что подающий узел заполнен. При таком типе управления заполнение бункера будет управляемым, а коэффициент использования объема - высоким. Любая сегрегация, которая может возникнуть при подаче материала в бункер из ответвления, настолько незначительна при использовании этого способа, в частности, с учетом малой высоты падения, что ею можно пренебречь. Кроме того, описанную установку можно монтировать на старые бункеры, даже на бункеры с неблагоприятной геометрией, создающей возможность сегрегации, обусловленной воздухом, так что эти бункеры можно эксплуатировать, обеспечивая меньший уровень сегрегации,чем прежде. Следует отметить, что распределитель 10 материала может использоваться для нескольких бункеров. В такой установке распределитель может быть размещен в непосредственной близости от бункеров на подходящей высоте, на которой распределительные трубы 26 подают материал в каждый бункер. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ заполнения бункера (1) псевдоожижаемым материалом, при котором материал транспортируют в центральную зону в верхней части бункера, отличающийся тем, что распределяют материал в направлении к стенке бункера посредством одной или более распредели 002951 8 тельных труб (26, 26') и через один или более подающих узлов (11, 11') вниз в направлении к поверхности материала над дном (2) бункера. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют несколько подающих узлов (11,11'), при этом распределяют материал равномерно между подающими узлами из центральной зоны. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаляют содержащийся в псевдоожижаемом материале воздух или газ, оставляя минимальное его количество, перед подачей материала в бункер (1). 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечивают возможность транспортировки материала из распределительной трубы в зоне между центральной зоной и подающим узлом таким образом, что происходит транспортировка материала прямо вниз в направлении к дну бункера. 5. Установка для заполнения бункера (1) псевдоожижаемым материалом, содержащая средства (5, 9) для подачи материала в верхнюю зону бункера, центральный распределитель (10) материала с контейнером (29) и впускным каналом (28), а также с одной или более распределительными трубами (26, 26'), распределяющими материал в разные места бункера (1), отличающаяся тем, что каждая распределительная труба соединена с подающим узлом (11, 11') для подачи материала в направлении к поверхности материала над дном (2) бункера. 6. Установка по п.5, отличающаяся тем,что контейнер (29) содержит псевдоожижающий элемент (30), расположенный в центре его дна (20). 7. Установка по п.5, отличающаяся тем,что впускной канал (28) контейнера сообщается с трубой (34), установленной в центре контейнера, открывающейся вниз и образующей кольцо, идущее вниз в направлении к псевдоожижающему элементу (30) на дне (20) контейнера. 8. Установка по п.5, отличающаяся тем,что распределительная труба (26) включает канал с одним или более псевдоожидающими элементами в его нижней части. 9. Установка по п.5, отличающаяся тем,что распределительная труба (26) содержит ответвление (50), через которое транспортируется материал прямо вниз в направлении к дну (2) бункера. 10. Установка по п.5, отличающаяся тем,что она содержит также средства (37, 38, 41, 41') для отвода воздуха и, возможно, средства (40,40') для подачи воздуха.