用于分选粉末颗粒的装置的制作方法

1.本发明涉及根据第一权利要求的前序部分所述的、按照颗粒的密度、尺寸和/或形状中的一种或多种将粉末颗粒分选至各颗粒范围的装置。


背景技术：

2.用于气流除尘的装置本身是已知的。
3.wo0l/41934公开了一种用于除尘和干气清洁的再循环系统，其目的是提高再循环旋风除尘器的收集效率。再循环系统包括两个旋风分离器，特别是用作颗粒收集器的逆流型旋风分离器，其位于用作颗粒浓缩器的直通旋风分离器的上游。因风扇、文丘里管或喷射器的存在，从颗粒浓缩器到颗粒收集器发生部分再循环。待净化的气体进入逆流旋风分离器，该逆流旋风分离器捕获一些颗粒。逸出的颗粒与全部气体一起流到直通式旋风浓缩器，集中在未捕获颗粒中的部分气体通过辅助风扇、文丘里管或喷射器再循环到逆流收集器旋风分离器。然而， wo01/41934没有公开根据灰尘颗粒的尺寸对它们进行分选。
4.ru2616045公开了一种通过一定颗粒尺寸分布内的颗粒尺寸来分离散装物质颗粒的装置。该装置适用于农业、化工、建筑、冶金和其它行业。该装置包括离心分离器，该离心分离器具有可旋转的倒截锥形式的外滚筒，该外滚筒配备有振动器。滚筒的工作表面由带孔的可互换筛网组成，该筛网的直径取决于要分离的物质。带孔的锥筛位于滚筒的内部容积中，带有叶轮的锥形谷物分配器安装在滚筒的下部，旋风分离器连接到反射器。滚筒定位在配备有用于收集颗粒部分的接收托盘的圆周外壳中。谷物混合物进入内锥筛的工作表面和谷物分配器并且被叶轮加速。由于滚筒和筛的旋转和圆周振动，颗粒混合物被分为三部分：小颗粒通过滚筒的孔并且进入对应的接收盘，中等尺寸的颗粒沿着滚筒的工作表面下降并进入对应的接收盘，大颗粒紧接着终止于对应的托盘。轻的挥发物也被除去。由于使用的是干筛，因此颗粒的分离仅限于约90μm或更大的直径尺寸，这限制了该装置的适用性。
5.cn107185837公开了通过调节旋风分离器内的一次空气和二次空气的空气速度来分选直径在0.01mm和2mm之间的颗粒。旋风分离器的筒体的中下部与一次空气进气管相连。筒底呈圆锥形结构并且与沉降分类器的顶部相连。沉降分类器的下部设有二次空气进气管。沉降分类器的底部连接大/重颗粒集收集器。基于混合颗粒密度颗粒物质中的大/重颗粒和细/轻颗粒的离心力和终端速度的差异，颗粒将沉降。
6.一次空气携带混合的颗粒尺寸/密度的固体颗粒并通过设置在旋风分离器下方的装置的上部中的一次空气进气管进入旋风分离器。一次空气向上旋转，带着大颗粒向旋风分离器的壁移动。重颗粒和部分细/轻颗粒在与旋风分离器的壁发生碰撞之后在重力作用下沉积在旋风分离器下方的沉降分类器中。大/重颗粒通过沉降分类器进入大/重颗粒组收集器，在大/重颗粒组收集器上方位置供应的二次空气使得细 /轻颗粒返回。
7.上面讨论的现有技术装置具有有限的颗粒分离能力，因为它们仅适用于几十微米数量级的相对大的颗粒尺寸的颗粒。除此之外，根据颗粒尺寸进行分离的程度是有限的，特别是颗粒混合物最多被分成三组。
8.因此，需要一种装置，通过该装置，含有更小颗粒尺寸的颗粒的混合物可以以改进的分离程度彼此分离。需要一种装置，该装置能够根据某些颗粒尺寸范围或根据其他参数或参数组合对这种更小的颗粒进行改进分类。
9.本发明的目的在于提供一种这样的装置，利用该装置，可以将含有更小颗粒尺寸的颗粒的混合物彼此分离开并至少根据一定的颗粒尺寸范围进行分类。本发明旨在提供一种这样的装置，其能够根据一定的颗粒尺寸范围、密度或形状、或这些参数中的两种或更多种的组合来分离和分类颗粒。
10.根据本发明，这通过如下装置来实现，该装置示出了第一权利要求的特征部分的技术特征。


技术实现要素：

11.在第一方面，本发明提供了一种用于根据颗粒的密度、形状和/ 或尺寸中的一种或多种将粉末颗粒分选到各颗粒范围的装置。利用根据本发明的装置，可以对不同类型的干粉末进行分类。根据颗粒的密度、形状和/或尺寸中的一种或多种来分离颗粒的需要可归因于颗粒可以基于它们的密度、形状和/或尺寸适用于特定应用的事实。因此，重要的是提供允许根据特定特性分离或隔离颗粒并回收这些颗粒的构件。例如，某些应用只需要使用小颗粒。例如，关于飞灰的分离，从所述飞灰中分离出的细部分可用于替代水泥、而含有较大颗粒的部分可用作砂替代物。在其他应用中，颗粒的分离是相关的，这是因为颗粒在某些化学过程或应用中的使用可以基于分离的部分而改变。例如，从供应给本发明装置的金属粉尘流中，重金属可以集中在细部分中。取决于所述细部分中重金属的浓度，分离的颗粒可以重新使用，或者，如果它们含有有害金属，则可能优选填埋细部分，而大颗粒部分可以被重新使用。颗粒分离所获得的价值取决于分离的物质的性质，更具体地说，在某些情况下，例如更细的部分和更大的部分之间的分离很重要，这是因为更细的部分或更大的部分对于某些应用具有较高的价值。
12.如果提供给根据本发明的装置的颗粒进给包含具有基本均匀密度的颗粒，则可以通过使用向上导向的旋转气流来改进颗粒的分离，旋转气流的流速可以更高以允许分离具有更高密度的颗粒、或者在具有更小密度的颗粒的情况下更低。如果要分离的混合物含有不同或变化密度的颗粒(例如细混合废粉)，则不同密度的颗粒也可以相互分离。
13.本发明特别适用于细颗粒的分离和分类，例如源自燃烧过程的灰，例如飞灰。飞灰是一种细粉末、煤粉燃烧的副产品并且包括由颗粒尺寸通常在0.5-300μm之间的颗粒组成。飞灰通常含有铝和硅质物质，它们在存在水的情况下形成水泥。例如根据颗粒的密度、尺寸和/或形状中的一种或多种分离飞灰允许根据飞灰颗粒的尺寸对飞灰颗粒进行分类，并分离出最适合制造具有特定性能的水泥的那些颗粒。更具体地说，分离通常具有最大10μm的颗粒尺寸的超细飞灰以及将其用于制造水泥提供了更坚固的水泥。这种效果可归因于填充效果或填实效果，其中超细飞灰能够填充水泥中的小空隙，从而提高其强度。更具体地说，例如，为了制造具有足够强度的水泥，需要使用最大尺寸为 10μm的飞灰颗粒。据我们所知，根据本发明的装置是唯一能够将粉末分离成这些小尺寸的各部分的装置。此外，有利地，本发明的装置允许以低成本进行这种颗粒分离和分类。通过根据本发明的装置，可以达到90％的特异度，这意味着90％的颗粒具有小于10μm(或相关阈值)的颗粒尺寸。此外，通过本
装置的灵敏度为70％，这意味着尺寸小于10μm的所有颗粒中的70％将被有效分离。基于以上内容，本发明可有利地用于将粉末分离成一定尺寸的颗粒组。
14.此外，颗粒越细，颗粒的比表面积与其重量相比就越高。通常，颗粒越细，其比表面活性越高。这称为布莱恩细度。因此，只要颗粒的(化学)反应性或表面活性很重要，则根据颗粒的密度、尺寸和/ 或形状中的一种或多种来分离颗粒就可以是有益的。
15.根据本发明的装置包括具有至少一个倾斜侧壁的颗粒分选室，该侧壁从分选室的下部向其上部倾斜，其中分选室的下部的横向尺寸比上部更大。例如，分选室可以采用圆锥体的形状，其中所述圆锥体的顶点形成所述上部，所述圆锥体的底部形成所述下部并且具有比上部更大的横截面。
16.在本发明的装置的颗粒分选室的上部设置有用于将待分选的粉末颗粒流供应到分选室的入口。
17.在分选室的上部设置有颗粒出口，用于将分选的颗粒从分选室引导至管并通过该管朝向至少一个颗粒沉降分类器引导。
18.此外，在分选室的下部设有用于在分选室中产生向上旋转气流的构件，该旋转气流具有与分选室的向上轴线相对应的旋转轴线。
19.颗粒分选室可以具有本领域技术人员认为的任何形状，但优选地，颗粒分选室具有围绕分选室的中心向上轴线呈圆形对称的形状，以允许分选室中的向上旋转气流以最小的气流扰动/湍流旋转，并确保最佳的颗粒分离。例如，颗粒分选室的形状可以是圆柱体、圆锥体等。根据本发明的另一实施例，颗粒分选室具有圆锥体的形式。
20.用于在分选室中产生向上旋转气流的构件的性质对本发明来说不是关键的并且可以包括本领域技术人员已知的任何合适的构件，例如转子或风扇或文丘里管。
21.根据本发明的又一实施例，出口沿与分选室的向上轴线交叉的方向延伸并且位于颗粒流入口与分选室的倾斜侧壁的上部之间的位置。
22.根据本发明的另一实施例，所述至少一个颗粒沉降分类器的向上轴线平行于分选室的中心向上轴线延伸。
23.根据本发明的又一实施例，该装置包括彼此以相同或不同的距离定位的一系列连续的沉降分类器。
24.根据本发明的另一个实施例，两个或更多个系列的连续沉降分类器设置在分选室的中心向上轴线的不同侧。
25.在第二方面，本发明涉及一种根据颗粒的密度、尺寸和/或形状中的一种或多种将粉末颗粒分选到各颗粒范围的方法，其中将待分选的粉末颗粒流提供给根据本发明的装置的入口6，以及从一个或多个分选室2和/或从一个或多个沉降分类器9回收分选后的颗粒。
附图说明
26.现在具体参考附图，要强调的是，所示细节是示例性的并且仅出于对本发明的不同实施例的说明性讨论的目的。提出它们是为了提供被认为是对本发明的原理和概念方面最有用和最容易描述的内容。在这点上，没有试图比对基本理解本发明所必需的更详细地显示本发明的结构细节。附图的描述使本领域技术人员清楚本发明的几种形式可以如何在实践中体现。
27.图1(也缩写为fig.1)示出了根据本发明的用于分选粉末颗粒的装置的正投影图，其中在颗粒分选室的每一侧存在三个颗粒沉降分类器。
28.图2(也简称为fig.2)示出了根据本发明的用于分选粉末颗粒的装置的前视图，其中在颗粒分选室的每一侧仅存在一个颗粒沉降分类器。
29.图3a和3b(也缩写为fig.3a和3b)示出了根据本发明的颗粒分选室的放大正投影图。更具体地，图3a示出了颗粒分选室的左侧的顶部，而图3b示出了颗粒分选室的左侧的底部。
30.图4(也缩写为fig.4)示出了根据本发明的颗粒分选室的垂直横截面。
31.图5(也缩写为fig.5)示出了作用在分选室内的粉末颗粒上的一些力的示意图，其中分选室被描绘为垂直横截面。
32.图6(也缩写为fig.6)示出了通过根据本发明的装置分离drax 飞灰的结果，更具体地，示出了在转子转速为1400rpm和进给速率为 40kg/h条件下分离的部分中的每一个部分的产率和颗粒尺寸(d10、 d50和d90)。
33.图7(也缩写为fig.7)示出了不同分类部分的psd(颗粒尺寸分布)和质量平衡(％)(每个结果是两次测量的平均值)。操作条件：转子速率：1200rpm，进给速率为40kg/h。图7是表5中结果的曲线图。
34.图8(也缩写为fig.8)示出了不同分类部分的psd(颗粒尺寸分布)和质量平衡(％)(每个结果是两次测量的平均值)。操作条件：转子速率：1400rpm，进给速率为60kg/h。图8是表6中结果的曲线图。
具体实施方式
35.现在将进一步描述本发明。在以下段落中，更详细地定义了本发明的不同方面。如此定义的每个方面均可以与任何其他方面或多个方面组合，除非明确相反地指出。特别地，被指示为优选或有利的任何特征可以与被指示为优选或有利的任何其他一个或多个特征组合。当描述本发明的复合词时，除非上下文另有说明，否则所使用的术语应根据以下定义进行解释。当指可测量的值，例如参数、量、持续时间等时，如本文所用的术语“约”或“大约”意在包括与规定值相差 /-10％或更小，优选地 /-5％或更小，更优选 /-1％或更小，还更优选 /-0.1％或更少，只要这样的变化适合在所公开的发明中执行。应当理解，修饰语“约”或“大约”所指的值本身也被具体地且优选地公开。
36.如在说明书和所附权利要求中使用，单数形式的“一”、“一个”和“所述”包括复数指示物，除非上下文另有明确规定。例如，“颗粒分选室”是指一个颗粒分选室或多于一个的颗粒分选室。
37.本发明涉及一种用于根据颗粒的密度、尺寸和/或形状中的一个或多个将粉末颗粒分选到各颗粒范围的装置1。本发明的装置适用于与多种粉末颗粒物质一起使用。本发明的装置适用于有机化合物、高分子物质和无机物质的颗粒分类。本发明的装置例如适用于对源自燃煤电厂的煤颗粒、诸如水泥、飞灰、粉尘流等的建筑物质进行分类。
38.在本发明的上下文中，术语“粉末”或“粉末颗粒”是指处于未堵塞状态下的不同密度、重量、形状和/或尺寸的固体颗粒。粉末颗粒经常堵塞成聚集体。
39.已经观察到分离的质量(分离程度)不受制造颗粒的物质的性质的影响，使得可以
以相同的质量或分离程度分离或分类由高密度物质制成的颗粒(例如金属粉尘)和由密度较低的物质制成的颗粒(例如粘土)。
40.根据本发明的装置1还能够根据粉末颗粒的形状，例如“针”形、“絮状”形等分离它们。
41.根据本发明的装置1最适合根据含颗粒的粉末的尺寸分离或分类粉末颗粒，所述颗粒的颗粒尺寸范围为0.1-1000μm，特别是1-1000 μm。包含较大尺寸(大于1000μm)颗粒的粉末优选在将粉末供应到本发明的装置之前去除(例如通过筛分步骤)，使得进给到本发明的装置1的粉末仅包含尺寸小于1000μm的颗粒。已经观察到，本发明的装置特别适合分离或分类尺寸为0.1至200μm且密度为1至10 kg/dm3的颗粒。在颗粒密度低于0.5kg/dm3的情况下，可以实现尺寸大于1000μm的颗粒的分离或分类。
42.此外，已经观察到，借助于根据本发明的装置1，难以通过旋风分离器分离的小球形颗粒通过本发明而被容易地分离。此外，已经发现本发明的装置能够引起颗粒聚集体的疏通，并且能够在未堵塞状态下将聚集体的各个颗粒分类。
43.因此，本发明的装置1不仅能够根据尺寸范围将粉末颗粒划分为例如第一组大颗粒和第二组中等尺寸颗粒，而且还能够根据某些尺寸范围划分小尺寸颗粒，并将这些颗粒收集在相应的沉降分类器9中。一般而言，本发明的装置1能够对颗粒尺寸优选在1至1000μm范围内的颗粒进行分类。
44.构成粉末颗粒的物质的性质对本发明来说不是关键的。本发明的装置适用于分选多种物质，例如有机、聚合和无机物质。聚合物质的示例包括例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚丙烯腈、除草剂、杀虫剂、药物成分等的颗粒。适合在本发明的装置中分类或分选的无机物质的示例包括粘土矿物、沸石、硅酸盐、沙子、飞灰、水泥、金属粉尘等。
45.在本发明的上下文中，术语“颗粒分选室”或“分选室”是指其中根据尺寸、密度、形状或其组合中的至少一种来分离颗粒的室。
46.诸如尺寸、密度、形状等颗粒参数以不同方式分布，从而有助于通过分选室来分离。换言之，颗粒的分离受颗粒尺寸、密度和形状中的任何一种影响，但主要是受到颗粒尺寸的影响。颗粒尺寸、密度和形状都对分离、分离的各种颗粒尺寸范围的颗粒尺寸分布(例如：超细、细、中、大等)有影响。颗粒尺寸范围(超细、细、中和大)对应于颗粒尺寸分布的范围，因此在此范围内提供的颗粒尺寸的具体截止值是变化的，但是可以认为超细部分(d90等于4μm)包括大约在0.1μm到4μm范围内的颗粒，细部分(d90等于9μm)包括大约在1μm到9μm范围内的颗粒，中等部分(d90等于50μm)包括大约在20μm到70μm范围内的颗粒，而大部分(d90等于70μm) 包括大约在50μm到200μm或更高范围内的颗粒。
47.在本发明的上下文中，术语“倾斜侧壁”是指颗粒分选室的相对于向上方向倾斜的侧壁，这意味着侧壁以不是90度的角度延伸，换言之，所述侧壁既不在垂直平面上也不在水平平面上(例如包括分选室的向上轴线或与所述向上轴线交叉的水平轴线的垂直平面)。例如，根据本发明的实施例，侧壁3相对于分选室的向上轴线以处于45
°
至 75
°
范围内、优选处于55
°
至65
°
范围内、更优选以大约60
°
的角度延伸。已经发现，大约60
°
的角度特别有利于飞灰粉末的分类，并且改变这个角度允许改变分离的颗粒的尺寸范围，更具体地说影响截止范围。截止范围是指高于和/或低于可以进行颗粒分类的尺寸。
48.圆锥分选室的沿斜面方向f
||
(侧壁3)施加在具有密度和半径r 的球形颗粒上的力
的公式如下所示并且能够表示为重力、阻力和离心力的和：
49.f
||
＝fgsinα f
d,||
fccosα
50.其中，重力fg被表示为：
[0051][0052]
其中，一定半径r处的离心力fc被定义为：
[0053][0054]
其中是气流的方位角速度。但是请注意，该速度很大程度上取决于r，其中阻力f
d,||
被定义(斯托克斯定律)为：
[0055]fd,||
＝6πrμ(ν
a,||
－ν
||
)
[0056]
其中μ是空气的动力粘度，ν
a,||
是沿锥体壁斜面的空气速度，并且ν
||
是沿锥体壁斜面的颗粒速度。当这些力平衡时，就有可能形成稳定的平衡/静止轨道，即理论上，颗粒可以卡在圆锥体中的某个高度。这是由于阻力和离心力在锥体壁上的特定分布造成的。
[0057]
在实践中，静止轨道只能在非常窄的参数范围(例如，对于颗粒尺寸，数微米)内出现。在此范围之外，施加在颗粒上的力在整个圆锥斜面(向上或向下)上是单调的。此外，颗粒的初始速度和初始位置对于确定是否会实现静止轨道至关重要。对这两种竞争力之间平衡的研究是一种简化，这可用于快速评估装置中不同流动模式的影响。
[0058]
在本发明的上下文中，术语“颗粒沉降分类器”或“颗粒分类器”指的是接收和储存通过沉降速度差异离开分选室的颗粒的装置。更具体地，根据本发明的颗粒沉降分类器包括至少一个松弛室，颗粒可以沉降在所述松弛室内。颗粒沉降分类器优选包含至少一个颗粒沉降分类器出口，以允许收集已经沉降在所述颗粒沉降分类器中的粉末颗粒。颗粒沉降分类器可以采取技术人员认为合适的任何形式，例如它可以采取容器、筒仓的形式或任何其他合适的形式。颗粒沉降分类器的尺寸可以在很宽的范围内变化并且优选考虑用于产生与竖直轴线交叉的向上旋转气流的装置11的尺寸、例如转子的直径以及室2的与竖直方向交叉的尺寸(例如室2的直径)来选择该颗粒沉降分类器的尺寸。据观察，转子直径和其底部处的圆锥直径越大，每单位时间(例如每小时)的分离能力就越高。此外，已经观察到，分类器中的沉降速率取决于待分离的颗粒的最终速度，这意味着当物体通过流体(例如空气)降落时可达到的最大速度。沉降分类器内的体积应该大到足以允许颗粒沉降，例如大约是分选室2的12倍。
[0059]
图1示出了根据本发明的装置1的实施例。图1所示的装置1用于根据颗粒的密度、尺寸和/或形状中的一种或多种将粉末颗粒分选到各颗粒范围。根据本发明的装置1包括具有至少一个倾斜侧壁3的颗粒分选室2。侧壁3从分选室2的下部4朝向其上部5倾斜，并且其中分选室2的下部4的尺寸大于上部5的尺寸。装置1和/或其实施例通过本发明的本说明书中包含的示例和附图进一步举例说明。
[0060]
更具体地，如图1所示，待分选物质的粉末颗粒从装置顶部进给并储存在供料斗中。进给器23(更具体地说是螺旋进给器)用于将粉末颗粒定量给料到锥形分选室2中，然后颗粒落到分选室2底部的转子18上并从那里使用向上定向的旋转气流进行分类。可以使用
其他类型的进给器。更细的快速移动的颗粒向上移动到一个或多个沉降分类器9，在那里遇到一个或多个破坏气流的松弛室22以收集颗粒，该颗粒下落并离开一个或多个沉降分类器出口。
[0061]
更具体地，图1示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于分选粉末颗粒的装置的正投影图，其中，在颗粒分选室的每一侧存在三个颗粒沉降分类器9。所述三个颗粒沉降分类器包括：至少一个出口，例如出口15、15'、16、16'、17、17'之一；和至少一个松弛室，例如 22、22'之一。为了不使图1过于复杂，图1中仅引用了颗粒沉降分类器9中的两个，然而，应该理解的是，在图1中每个出口15、15'、16、 16'、17、17'连接到相应的松弛室(如22或22')并且本身构成颗粒沉降分类器9。
[0062]
图1中的分选室2在装置1的位于转子18上方的中心位置处可见，该转子18位于所述分选室的下部4处。在本图中，分选室2具有圆锥形状，换言之，为圆锥体形状，其中在所述分选室2的上部5附近，颗粒在所述圆锥体的顶点处被插入。图3a和3b、4和5清楚地描述了与根据本发明的分选室2有关的形状和特征，并将进一步详细讨论。图1示出了三个颗粒沉降分类器出口15、16、17、15'、16'、17'，它们位于与分选室2相距不同距离的位置处。在通过分选室2分离的粉末颗粒从位于上部5处的颗粒流出口7流出所述分选室2之后，粉末颗粒被引导通过管8(在图1中未示出所述管8)，其中，粉末颗粒分布在分选室左右两侧的所述各种颗粒沉降分类器9中。
[0063]
根据本发明的用于分选粉末颗粒的装置是封闭系统，其中由于所述室的圆锥形形状，气体运动作为旋转气流特别存在于分选室2内。由于该系统是一个封闭系统，因此更小的颗粒在仍受气流影响时不易沉降。因此，为了沉降所述颗粒，必须破坏携带所述颗粒的气流以防止颗粒在离开颗粒流出口7之后再次被吸入分选室2内，参见图3a 或3b。在颗粒沉降分类器9中，气流被内部包括障碍物或分离器的松弛室破坏，该障碍物或分离器阻碍颗粒，同时所述颗粒被气流从分选室2推离开更远。障碍物或分离器定位在沉降分类器9内，以便形成优选地阻止大部分颗粒从其返回分选室2的路径。
[0064]
因此，根据本发明的实施例，装置1在至少一个颗粒分离分类器 9内部包括设置成防止离开分选室2的颗粒中的至少一部分返回分选室2的障碍物或分离器。
[0065]
然而，已经看到，取决于根据本发明的用于分选的装置的构造，以及供应给装置的粉末，一定百分比的所述颗粒(尤其是包括超细颗粒的所述颗粒)可能由于根据本发明的系统是封闭系统并且超细颗粒更容易被气流携带无法通过出口离开室2并且因此无法被分离而返回到分选室2。因此，超细颗粒是颗粒尺寸太小而不能被本装置分离的颗粒，其小于超细颗粒，该超细颗粒的颗粒尺寸范围为0.1μm至4μm。
[0066]
可能形成稳态的悬浮涡流超细颗粒，其阻塞了出口的一部分并在一定程度上降低了总产能。这些超细颗粒的重量小到无法到达分离分类器。这些超细颗粒在粉末中的百分比通常很小并且通常可以忽略不计，尽管它按重量计可以在3％到5％的范围内。为了补偿这种影响，一个或多个分离分类器可以设置有一个或多个阻碍颗粒回流到分离室 2的障碍物。通过一个或多个障碍物的存在，在沉降分类器9内部产生了松弛室。
[0067]
在颗粒沉降分类器9内部，在所述松弛室的位置处，颗粒积聚直到它们通过重力沉降，并且可以沿着颗粒沉降分类器出口回收。已经观察到，来自装置1本身的振动允许累积的颗粒下落并被容器收集，同时又不需要振动元件，然而，如果需要，可以使用振动膜或超
声波。沉降分类器、松弛室和颗粒沉降分类器出口可以允许大部分最小和/ 或最轻的颗粒在远离分选室2的地方从沉降分类器出口落下，而最大和/或最重的颗粒沿着离分选室2最近的分离分类器出口落下。这是因为最小和/或最轻的颗粒比最重的颗粒更容易被来自吸附室的气流携带，因此覆盖更大的距离。
[0068]
本发明的装置1可以包括一个单一系列的连续沉降分类器9，用于接收具有小颗粒尺寸的颗粒。一系列沉降分类器9可以包括两个、三个、四个或更多个沉降分类器9，这取决于待分类或分选的颗粒尺寸的尺寸分布的宽度。取决于预期的颗粒分选，连续的沉降分类器9 可以以彼此相同或不同的距离定位。在分选室2的每一侧要使用的沉降分类器9的数量可以变化，例如，三个沉降分类器可以在分选室的一侧(例如左侧)使用，而在分选室2的相对侧(例如右侧)可以只使用两个沉降分类器。
[0069]
根据本发明的又一实施例，装置1包括一系列连续的沉降分类器 9，其以彼此相距相同或不同的距离定位。
[0070]
根据本发明的另一个实施例，两个或更多个系列的连续沉降分类器9设置在分选室2的中心向上轴线13的不同侧。
[0071]
因此，本发明的装置1可以包括从分选室2的中心向上轴线13 的不同侧延伸的两个或更多个系列的连续沉降分类器9。在不同的系列中，连续沉降分类器9可以以彼此相同或不同的距离定位。此外，根据本发明的实施例，可以存在单个沉降分类器。然而，已经发现设置位于分选室2相对侧的两个沉降分类器是有益的。本领域技术人员将能够选择合适容积的沉降分类器并选择位于沉降分类器的内部容积中的合适数量的障碍物，以确保最佳的颗粒沉降并使颗粒回流的风险最小化。已经观察到较大尺寸的沉降分类器提供了最好的结果。与包括两个或更多个沉降分类器的装置(其中沉降分类器的尺寸可以相对较小)相比，在包括一个单一沉降分类器的装置中，沉降分类器的尺寸优选相对较大。已经看到，所述至少一个颗粒沉降分类器9和分选室2之间的距离应保持在极限之间，以确保令人满意的颗粒分离。
[0072]
此外，图1示出了相对于地面居中定位并平行于中心向上轴线13 的向上轴线10。根据本发明的实施例，在图1中不可见但在图4中可见的流出口7位于所述分选室2的上部5处并沿与所述向上轴线10 交叉的方向延伸，即沿垂直于所述向上轴线10的轴线(即水平轴线 12)延伸。围绕向上轴线10，包括粉末颗粒的旋转气流在分选室2内旋转。因此，根据本发明的另一个实施例，出口在颗粒流入口和倾斜侧壁的上部之间的位置处沿着与分选室的向上轴线交叉的方向延伸。
[0073]
图2示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于分选粉末颗粒的装置的正视图，其中在颗粒分选室的每一侧仅存在一个颗粒沉降分类器。为了清楚起见，在该图中还示出了分选室2内部的入口6。本装置的功能与图1的装置1的功能一致。在本图中，管8在分选室2 的上部可见。在本图的底部，存在颗粒收集器以用于收集被分离/分选的颗粒。
[0074]
此外，在根据本发明的装置1中，所述出口7在颗粒流入口6和倾斜侧壁3的上部5之间的位置处沿与分选室2的向上轴线10交叉的方向延伸，其中，在分选室2的下部4中设置有用于在分选室2中产生向上旋转气流的构件，该旋转气流具有对应于分选室2的向上轴线 10的旋转轴线。在图1和图2中，由于分选室2具有圆锥形形状，因此旋转气流绕其旋转的向上轴线为中心向上轴线13。
[0075]
从本发明可以看出，可以存在多个向上轴线10。
[0076]
根据本发明的实施例，用于在分选室2中产生向上旋转气流的构件11可以是本领域技术人员认为合适的任何构件，例如转子18、或风扇、或文丘里管、或任何其他等效装置、或其组合。
[0077]
更具体地，进一步地，根据本发明的实施例，颗粒分选室2具有围绕分选室2的中心向上轴线13设置为圆形对称的形状。本发明的该实施例在图3a和3b中可见。图3a和3b示出了根据本发明的颗粒分选室的放大正投影图。更具体地，图3a示出了颗粒分选室的左侧的顶部，而图3b示出了颗粒分选室的左侧的底部。图3示出了在所述分选室2的下部存在转子18。图3中的分选室2的壁被描绘为透明的，以便允许看到室的内部。在室内，存在带有一些叶片的转子18。转子允许至少一部分气流悬浮在分选室2内，在所述分选室2内发生分离。可选地，如图3a和图3b所示，大颗粒管21适于通过大部分颗粒以便收集颗粒。大颗粒管21连接到分选室2的圆形底部的周边部分。
[0078]
图4(也缩写为fig.4)示出了根据本发明的颗粒分选室的竖直横截面。更具体地，图4中的横截面示出了位于转子18上方的分选室2 的存在。在该图中，可以看到从其供给粉末颗粒的颗粒流入口6以及颗粒流出口7，最轻的颗粒从颗粒流出口排出并被供给到沉降分类器 9。
[0079]
本领域技术人员已知的许多装置可用作将粉末颗粒供给到分选室 2的进给器，例如供应管、料斗、文丘里管等。粉末颗粒可从那里通过重力落入分选室2中或者可以通过使用输送螺杆或进给螺杆来提供强制进给。在根据本发明的装置1中，颗粒通过颗粒流入口6(在图4 中可见)进入分选室2，所述颗粒流入口6设置在所述分选室的上部。
[0080]
此外，在根据本发明的装置1中，在颗粒分选室2的上部5处设置有用于将待分选的粉末颗粒流供应到分选室2的入口6，其中颗粒流出口7设置在分选室2的上部5中，用于将分选后的颗粒从分选室 2通过管8引导至至少一个颗粒沉降分类器9。
[0081]
根据本发明的一个实施例，入口6位于出口7的中心部分。入口 6位于出口7中心的位置是有利的并最小化了发生湍流和/或沉降的风险，所述湍流和/或沉降可能抵消向上的颗粒流并抵消最细的分离颗粒沿出口的流出流动。
[0082]
此外，在根据本发明的实施例中，入口6在出口7内延伸。这样，入口6使得待分离的粉末颗粒进入分选室2并被向上的气流携带。在本实施例中，入口6在出口7内延伸，以实现供应给装置1的分选室的粉末颗粒进入分选室2。
[0083]
适配器可用于使入口6更短或更长并在出口7内延伸更短或更长的距离。通过可互换的适配器，入口6在出口7内的延伸可以很容易地改变，以便考虑到不同的需要。在根据本发明的另一实施例中，颗粒入口6可释放地与适配器连接，该适配器适于延伸到分选室2的内部容积中。换言之，适配器适于从分选室2内部的缩回位置延伸到分选室2内部的延伸位置。更具体地，可以看出，根据粉末特性，入口 6相对于出口7的最佳位置可能不同，并且根据粉末特性，可以通过使入口6在出口8中延伸更小或更大的程度来获得最佳颗粒分类。入口6相对于出口8的相对位置影响颗粒的分类，并且在入口包括可互换适配器的优选实施例中，所述分类是容易被调节的。
[0084]
根据本发明的优选实施例，入口6和出口7均具有圆形截面，其中出口7的直径大于入口6的直径。进一步地，如果入口6位于出口 7的中心，则入口6的圆形横截面的中心与出
口7的圆形横截面的中心基本重合。
[0085]
根据本发明的优选实施例，颗粒沉降分类器的向上轴线19平行于分选室2的中心向上轴线13延伸。
[0086]
发明人已经观察到，由于存在围绕颗粒分选室2的中心向上轴线 13延伸的旋转气流，同时在旋转气流的中心部分产生向下定向的气流和在颗粒分选室2的侧壁3附近产生向上定向的气流。
[0087]
优选地，颗粒分选室2具有圆锥体的形式。通过所述圆锥体的形式，所述气体的流动提供了最佳的颗粒分离结果。换言之，颗粒分选室2优选地具有圆锥体形状，其中圆锥体的顶点位于所述圆锥体的上部。圆锥体形状是有利的，这是因为它允许分选室内的气流不被破坏，因此允许粉末颗粒在没有干扰的情况下进行旋转运动，从而实现所述颗粒的最佳分离。
[0088]
具有对称形状的分选室2的存在允许将颗粒收集在单组连续的沉降分类器9中，或者根据预期的分选能力收集在两组或更多组连续的沉降分类器9中。通过将每组中的沉降分类器9定位在距分选室2的中心向上轴线13相同的距离处，在中心向上轴线13的任一侧上的颗粒分选可以相同。通过将每组中的沉降分类器9定位在距分选室2的中心向上轴线13不同的距离处，可以在中心向上轴线13的任一侧收集不同的颗粒尺寸范围，并且可以进一步微调颗粒分选。
[0089]
旋转气流中产生的离心力fc导致至少部分固体颗粒朝向和靠着颗粒分选室2的侧壁3投射。旋转气流的离心力的法向分量对应于颗粒碰撞分选室2的侧壁3的碰撞力的法向分量，并被侧壁3施加的法向力fn抵消。离心力的剩余分量是净向下力，其主要沿分选室2的侧壁3延伸。发明人认为，取决于颗粒的密度、形状、重量和/或尺寸，该净向下力可能明显大于重力fg。图5图解了作用在分选室内的粉末颗粒上的一些力的示意图，其中分选室被描绘为竖直截面。发明人进一步认为，另外，在侧壁3处，向上阻力fd被旋转气流引起的向上气流施加到颗粒上，该向上气流沿侧壁3延伸。颗粒的分离基于这两种力的竞争进行：离心力fc的向下分量，其与颗粒的质量成正比；气流的向上分量(例如斯托克斯阻力)，其与颗粒直径成线性比例。由于向下分量和向上分量之间的竞争，
[0090]
(1)大和中颗粒尺寸部分最终位于分选室2底部的不同位置处，并且
[0091]
(2)更小的快速移动颗粒将能够克服重力并朝向沉降分类器9 向上移动。具有最小尺寸或密度的颗粒将能够行进更长的距离，到达离分选室2更远的沉降分类器，而尺寸或密度稍大的颗粒将沉降在更接近分选室2的沉降分类器中。
[0092]
用于产生向上旋转气流的装置的性质对本发明来说不是关键的，并且可以使用本领域技术人员已知的许多装置，例如风扇、转子18、文丘里管、或用于在分选室2内提供旋转气流的任何其他装置。优选地，该装置布置为提供具有在特定范围内可调节的流速的向上旋转流，其目的是考虑待分类的粉末的性质而控制颗粒分离的程度或度(即，最终进入连续沉降分类器9的颗粒的范围)。优选使用转子18，更优选使用具有可变旋转速度的转子18。旋转速度可以例如取决于分选室 2的性质和尺寸。应选择用于产生向上旋转气流的构件，以使所提供的气流在分选室内拖曳并悬浮至少一部分待分离的粉末颗粒。
[0093]
此外，根据本发明的优选实施例，分选室2具有圆锥体形状，并且产生向上旋转气流的装置是位于所述圆锥体的底部处的转子18。转子可以占据在所述底部处可用的表面的
大部分，并且所述转子18的中心优选地与所述圆锥体底部的中心重合。
[0094]
根据本发明的装置1提供的分离能力可以通过优化转子的速度来微调，并且还取决于超细部分的百分比。进给供应速率对于适应特定进给类型、优化分离效率和最小化能源消耗也很重要。因此，为了允许使装置适应粉末颗粒的性质，进给供应速率优选地是可变的。一旦产品分离得到优化，那么建立并且可以固定最佳的进给供应速率。
[0095]
在优选实施例中，本发明的装置1提供了封闭系统，其中在颗粒流入口6和颗粒流出口7之间提供了来自分选室4的下部的气体供应，该颗粒流出口7连接到管8，该管8将包含最轻颗粒的气流输送到连接到所述管8的沉降分类器9。管8可以允许携带颗粒的所述气流分成两个或更多个，从而供给两个或更多个颗粒分离分类器9。例如，在两个系列的沉降分类器9彼此成180度角定位的情况下，例如在图 1中，提供管8来分离来自于分选室2的气流并且在彼此成所述角度定位的所述分类器9处引导气体。
[0096]
根据本发明的装置1是封闭系统，以最小化由装置1内部的气流携带待分离的粉末颗粒从装置1逸出的风险。在根据本发明的封闭系统中，在装置内流动的气体没有设置粉末颗粒可以在不被分离的情况下通过其中而从分选室2逸出的专用气体出口。分离是基于在分选室 2内部产生的封闭的内部龙卷风。这种封闭系统相对于传统旋风分离器的优点是多方面的。与旋风分离器相比，根据本发明的装置1的第一个优点是：与通过根据本发明的装置实现的颗粒的最大速度相比，在旋风分离器中气体速度在颗粒行进的整个路径上要快大约3到4倍。在气体速度大约快3到4倍的情况下，气体携带的颗粒具有12到16 倍的能量。颗粒能量越高，越容易发生例如所述装置的部件的颗粒磨损。另一个优点在于根据本发明的装置1提供了更少的职业风险、更少需要安装的中间过滤器、并且最终更紧凑。
[0097]
结果，可将粉末颗粒污染的风险以及粉末颗粒中存在的有害化合物污染环境的风险降至最低。封闭系统的使用具有额外的优点，即：装置1内的压力差可以减少到最小，并且可以使用小气流，从而限制气体和能量消耗。
[0098]
本发明的装置1适用于多种气体，考虑待分类的粉末颗粒的性质，其可以适应气体的性质。常用的气体是空气，其他合适的气体包括氮气、二氧化碳、稀有气体等，特别是对待分类的粉末呈惰性的气体。
[0099]
系统内的内部压力可以随着粉末流被供应到室2而平衡。更具体地，在根据本发明的实施例中，装置1包括至少一个气体供应装置，所述至少一个气体供应装置适于将分选室2和/或颗粒沉降分类器9与至少一个粉末供应构件或进给器23连接，其中提供所述气体供应装置以平衡分选室2和/或颗粒沉降分类器9与粉末供应构件或进给器23 中的压力。这样，粉末供应构件或进给器23和分选室2和/或颗粒沉降分类器9中的压力可以平衡。粉末供应构件或进给器适于通过颗粒流入口6将要分离的粉末颗粒提供给分选室2。
[0100]
根据本发明的实施例，根据本发明的一个或多个装置1可以串联或并联连接，以提供改进的粉末颗粒分离。例如，可以将粉末颗粒以并联构造进给到各种装置以提供同时分离而同时又不影响分离质量，或者可以将由装置分离的部分进给到另一个装置，因此具有串联构造并且每个串联装置被优化以根据特定的颗粒范围分离颗粒。
[0101]
示例
[0102]
根据本发明的装置1能够分离各种类型的粉末颗粒。例如但不限于商业飞灰、燃烧油页岩(bos)灰、fillinox、硅酸盐水泥和煅烧粘土。在根据本发明的装置1的可行性研究期
间，已经测试了所有前面提到的颗粒类型。可以在下面的表1中看到这些类型的粉末颗粒的描述：
[0103]
表1：样本描述
[0104][0105]
示例1-飞灰
[0106]
借助根据本发明的装置，进行了不同的测试运行，其中使用了drax飞灰并根据不同的颗粒尺寸进行了分离。drax飞灰是一种商业硅质类f级飞灰，其来自燃烧的无烟煤并且使用静电分离器从烟道气中收集。
[0107]
不同的测试运行以不同的进给速率(从8kg/h到80kg/h)和不同的转子速度(从800rpm到1600rpm)为特征。表2示出了使用drax 飞灰进行的各种测试运行。
[0108]
通过使用根据本发明的装置1实现颗粒飞灰颗粒的分离，其中颗粒沉降分类器如图1所示。更具体地，本示例中使用的装置1的特征在于在分选室2的每一侧(左侧，右侧)上存在三个颗粒沉降分类器。在左侧，依次存在：最外侧的颗粒沉降分类器，其也称为3l且包括沉降分类器出口15(最外面)；中心颗粒沉降分类器，其也称为2l且包括沉降分类器出口16(中心)；以及最里侧的沉降分类器，其也称为1l且包括沉降分类器出口17(最里面)。在右侧存在相同的分类器和分类器出口，其中出口标记为15'、16'、17'，分类器被顺序标记为 3r、2r、1r。
[0109]
通过根据本发明的装置1，中等尺寸的颗粒在通过中等颗粒管20 之后被收集在中心收集器14中，细颗粒被收集在分类器1l、1r中，而超细颗粒被收集在分类器2l、2r、3l、3r中。此外，大颗粒从分选室2的侧壁通过大颗粒管21被收集在一个未示出的单独容器中。
[0110]
对于本示例，使用了本发明的装置1，没有使用超细颗粒的颗粒分类器3l，因此仅通过1l、1r、2l、2r、3r来收集颗粒。
[0111]
表2：示例1的不同测试运行的概述，其中最小运行时间是转子运行、向分选室2提供空气流的最短运行时间，进给速率是送入该装置的粉末颗粒的速率，转子转速表示转子用于产生向上气流的转速。
[0112]
[0113][0114]
表3：试验计划概述：在不同转子速度和进给速率下测试drax飞灰的分类。带有星号(*)的进给速率表示试验是在进给螺杆上使用齿轮减速完成的。括号()之间的试验是生产运行。
[0115]
[0116][0117]
结果
[0118]
在本示例中，将颗粒尺寸在1μm到300μm之间的飞灰分为四个部分：超细、细、中等和大。改变转子速度或进给速率对所述部分中的每一个部分的产量都有影响。此外，最佳进给速率与输入物质的特性和转子速度有关，其中输入物质中存在的物质越密或越细，最佳进给速率越低。对于飞灰，较低的进给速率导致细部分的产量较高，而1400rpm的转子速率显示细部分的产量最好。
[0119]
细部分的psd是基本相当的。细部分的psd通常低于30μm(d50 为5μm或更小)。中等部分的psd通常接近输入物质的psd。中等部分通常占输入物质的60％到70％。
[0120]
在本示例中，改变转子速度(从800rpm到1600rpm)或进给速率(从8到80kg/h)对不同部分的psd影响可以忽略不计。
[0121]
dps的分类结果
[0122]
图6给出了在1400rpm的转子速度和20kg/h的进给速率下不同部分的产量和颗粒尺寸的概览。根据参数设置，每个部分的颗粒尺寸和产量将变化。以下段落描述了改变参数对不同部分的化学、矿物学和物理特性的影响。
[0123]
质量平衡
[0124]
总回收率(在所有22次试验中)为100％，但在不同的运行中存在很大差异：从90％到116％(见表4)。结果中的较大差异与相对较小的输入流(约8kg)和具有复杂几何形状的大容量机器有关。在试验过程中，操作人员在机器上放置了一个球振动器，以避免粉末在机器中堆积并优化回收率。然而，很难达到接近的质量平衡。
[0125]
由于这也会影响质量测量(颗粒尺寸分布、化学成分和矿物成分)，因此在每次试验之间在新的操作条件下用新物质冲洗机器，以避免交叉污染。为了比较不同操作条件下不同部分的产量，质量流与输出流被归一化(参见表4)。
[0126]
表4.输出和不同部分的质量平衡(％)。所有试验都与飞灰drax 相关，标有*的列表示归一化结果。结果的归一化是通过将特定部分的回收质量百分比相对于输出的100％进行归一化来实现的。由于粉末颗粒粘附在壁上，因此输出质量的回收总和可能高于或低于输入质量。例如，对于试验1，回收的质量比作为输入提供的质量多。出于这个原因，必须对结果进行归一化。
[0127][0128][0129]
颗粒尺寸分布(psd)
[0130]
在本发明的上下文中，术语d10表示直径为μm的颗粒小于该值的部分为10％。在本发明的上下文中，术语d50表示直径为μm的颗粒小于和大于该值的部分为50％。在本发明的上下文中，术语d90 表示直径为μm的颗粒小于该值的部分为90％。
[0131]
表5概述了在第一次运行(exp1)后分离的不同部分的颗粒分布 (psd)和质量平衡(％)，其中在转子速率为1200rpm和进给速率为40kg/h的操作条件下将飞灰drax(在下图中标记为asg/18208) 供给到根据本发明的装置。
[0132]
表5.不同分类部分的psd和质量平衡(％)(每个结果是两次测量的平均值)。在本
表中，对于上表4的试验1来说，分离的部分根据它们的相对颗粒尺寸分布进行分类。本表给出了分离质量的指示。
[0133][0134]
图7示出了不同分类部分的psd和质量平衡(％)(每个结果是两次测量的平均值)。操作条件：转子速率：1200rpm，进给速率为 40kg/h。在图7中可以看出，试验1中重构的psd与原始输入物质的 psd相当。
[0135]
表6给出了在第八次运行(exp8)后分离的不同部分的颗粒分布 (psd)和质量平衡(％)的概览，其中在转子速率为1400rpm、进给速率为60kg/h的操作条件下将飞灰drax进给到根据本发明的装置中。
[0136]
表6.不同分类部分的psd和质量平衡(％)(每个结果是两次测量的平均值)。在本表中，对于上表4中的试验8来说，分离的部分根据它们的相对颗粒尺寸分布进行分类。本表给出了分离质量的指示。
[0137][0138]
图8示出了不同分类部分的psd和质量平衡(％)(每个结果是两次测量的平均值)。操作条件：转子速率：1400rpm，进给速率为 60kg/h。在图8中，可以看出重构的psd比输入的更细，这表明在这些情况下(更高的进给速率)，飞灰不仅被分类，而且在dps中被碾碎或研磨。
[0139]
不同尺寸部分的矿物学仅略有不同。基于定量xrd分析，我们可以得出结论，最细颗粒部分包含最高数量的无定形相和最低数量的石英、磁铁矿和莫来石的结晶相，参见表7。未测量输入样品，但考虑质量分数，所述结果是基于不同部分的成分组成的。
[0140]
基于xrd，我们可以看到细部分富含无定形物质(意味着更具反应性)，而更大的颗
粒部分包含更多的结晶相，例如：莫来石(3al2o3.2sio2)、石英(sio2)、磁铁矿(fe3o4)和赤铁矿(fe2o3)。这可以解释更大部分中sio2、al2o3、fe2o3含量略高的原因。
[0141]
表1.分离的drax飞灰asg/18208的定量xrd分析
[0142][0143]
附图标记列表：
[0144]
1用于分选粉末颗粒的装置
[0145]
2颗粒分选室
[0146]
3倾斜侧壁
[0147]
4分选室的下部
[0148]
5分选室的上部
[0149]
6颗粒流入口，或入口
[0150]
7颗粒流出口，或出口
[0151]
8管
[0152]
9颗粒沉降分类器
[0153]
10分选室的向上轴线
[0154]
11用于产生向上旋转气流的构件
[0155]
12水平轴线
[0156]
13中心向上轴线
[0157]
14中心收集器
[0158]
15、15'左右侧的最外侧沉降分类器出口(3l、3r)
[0159]
16、16'左右侧的中心沉降分类器出口(2l、2r)
[0160]
17、17'左右侧的最内侧沉降分类器出口(1l、1r)
[0161]
18转子
[0162]
19颗粒沉降分类器的向上轴线
[0163]
20中颗粒管
[0164]
21大颗粒管
[0165]
22、22'左右侧的松弛室
[0166]
23进给器。