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CN105598035A - 一种并联流化床干法分选装置及方法 - Google Patents

一种并联流化床干法分选装置及方法 Download PDF

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CN105598035A CN201610015302.5A CN201610015302A CN105598035A CN 105598035 A CN105598035 A CN 105598035A CN 201610015302 A CN201610015302 A CN 201610015302A CN 105598035 A CN105598035 A CN 105598035A
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廖祖维
王靖岱
蒋斌波
阳永荣
葛世轶
陈美�
王浩同
周冰洁
范小强
沈旻
张擎
杨遥
何乐路
胡东芳
时强
柳莺
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    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B7/00—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents
    • B07B7/12—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents with pulsating air currents

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Abstract

本发明公开了一种并联流化床干法分选装置及方法，装置由并联的流化床(主床、伴床)组成，主床与伴床底部经弯管连接，用于颗粒的往复转移以形成颗粒振荡循环，顶部排出的流化空气经管路汇聚后排出装置，伴床底部设置阀门以控制颗粒转移速率。本发明首先在并联流化床中利用待分选物料的颗粒特性构建颗粒振荡循环，使得主床与伴床内表观气速产生趋势相反的周期性波动，进而使得待分选颗粒在主床和伴床内由于密度差异或粒径差异而产生相对滑移运动，最终实现颗粒分选。本发明可避免使用外部振动设备实现床内表观气速以及床层的自振荡，实现颗粒分选。

Description

一种并联流化床干法分选装置及方法
技术领域
本发明涉及一种干法分选装置及方法，尤其是一种适用于煤炭、矿石及其它物料进行颗粒分选的并联流化床干法分选装置及方法。
背景技术
颗粒分选广泛应用于能源化工领域，用于提高资源的利用效率。以煤炭为例，我国优质煤炭资源少、分布不均且直接利用污染严重，若将煤中构成灰分的矿物和硫组分去除，则能够增加煤的产热率，使锅炉燃烧稳定，同时降低炉渣量、减少锅炉的磨损和腐蚀。因此煤炭分选成为优化利用煤资源的关键技术手段。此外，在垃圾燃烧领域，垃圾分选技术也尤为重要，垃圾分选不仅可以提高垃圾利用效率，而且也能提高垃圾燃烧效率。传统的湿法分选需要使用大量水且需对分选得到的物料进行脱水及干燥，因此湿法处理消耗资源多、过程复杂，尤其不适用于干旱缺水、严寒冰冻地区的颗粒分选加工。因此，具有高分选效率和经济可行性的干分选技术的开发成为亟待解决的问题。
专利CN102921636B公开了一种自生介质流化床干法分选方法，利用分选入料在振动流化床中形成的自生介质实现按密度分层，物料在上升气流和激振力的协同作用下实现流化，不断将高密度物料排出分选床，克服了使用外加重介质分选时重介质加工、回收困难的。专利CN1021806202B公开了一种布风板振动式流化床分选机，通过振动布风板将振动能量传递给流化床，抑制流化床中气泡的产生，形成均匀稳定的流化状态，物料在阿基米德原理作用下分层。但上述专利均使用激振器使得分选床或布风板产生周期性振荡，传动结构复杂，导致了振动能量破坏床层传统结构，影响设备结构的稳定性；此外振动能量需要带动整个床层运动，动力消耗大，振动能量大部分被用于非有效内容。
颗粒振荡循环现象首次在循环流化床实验装置中观察到，究其原因是，下降段中颗粒以移动床形式向提升段转移过程中，当料位过低时，部分循环气将由下降段向上运行，形成窜气，并在下降段底部形成节涌流化状态。一方面使得下降段颗粒相由移动床转变为流化床；另一方面使得提升段中的颗粒向下降段转移，直至下降段形成移动床。由此出现的颗粒在提升段下降段之间往复转移的现象称为颗粒振荡循环现象。煤炭、垃圾及矿物颗粒一般粒径较大，容易在流化床中形成节涌状态，因此在并联流化床之间可形成类似颗粒振荡循环的现象，使得主床与伴床内出现趋势相反、周期性波动的表观气速，进一步使得待分选物料由于密度或粒径的差异产生相对滑移运动，实现颗粒分选。
发明内容
本发明的目的是针对现有分选技术的不足，基于颗粒振荡循环提出一种结构简单、能耗低的新型干法并联流化床分选装置及方法。
本发明的一种并联流化床干法分选装置，包括主床和伴床，设在主床底部的流化空气入口，用于连接伴床底部和主床下部的弯管，位于伴床底部用于调节颗粒交换量的阀门，用于汇聚主床与伴床所排出流化空气的管路，位于伴床上用于添加待分选物料的加料口，位于主床上用于轻质细颗粒的出料口和重质大颗粒的出料口。
所述的连接主床与伴床的弯管与主床的连接位置距离主床底部0.1～0.3L，L为主床高度。
所述的主床存在变径段，用于稳定分选形成的轻质细颗粒床层，以利于轻质细颗粒的出料，变径段起始位置距主床伴床连接处0.1～0.4L，变径段长度为0.1～0.5L。
所述的轻质细颗粒出料口位置位于主床变径段。
所述的重质大颗粒出料口位置低于主床与弯管连接处的高度，距连接处垂直距离为0～0.1L。
所述的加料口位置距离伴床底部0.3～0.9H，H为伴床高度。
所述的位于伴床底部用于调节颗粒交换量的阀门类型包括蝶阀、球阀、截止阀。
所述装置的并联流化床干法分选方法包括以下步骤：
a.关闭伴床底部的阀门，经进料口向伴床装填待分选物料；
b.关闭主床上的两个出料口，在主床流化空气稳定运行的状态下，开启伴床底部的阀门，使得伴床内的物料向主床转移，最终在主床伴床内形成颗粒振荡循环；
c.由伴床的进料口向装置内连续进料，开启主床下部重质大颗粒出料口以及中上部轻质细颗粒出料口，分别得到不同密度或粒径的已分选物料；
d.调节伴床底部阀门开度或主床流化空气流量改变两床之间的颗粒转移速率，可控制轻质细颗粒的产物质量和产率。
所述步骤b中主床流化空气表观气速大于颗粒临界流化气速小于颗粒快速流化床转变速度，优选为颗粒临界流化气速的1.5～5倍。
所诉步骤d中阀门开度变化范围为30～100％。
本发明在并联流化床中利用待分选物料的颗粒特性构建颗粒振荡循环，使得主床与伴床内表观气速出现趋势相反的周期性波动，从而避免了使用外部振动设备实现床内表观气速的波动。在周期性波动气速的作用下，待分选颗粒在主床和伴床内由于密度差异或粒径差异而产生相对滑移运动，实现颗粒分选。
附图说明
图1是本发明的并联流化床干法分选装置示意图；图中：1-重质大颗粒出料口，2-主床，3-轻质细颗粒出料口，4-连接主床和伴床的弯管，4-阀门，6-伴床，7-待分选物料进料口，8-汇聚主床和伴床流出气体的管路。
图2是颗粒分选过程中主床与伴床内表观气速的波动。
图3是本发明的基于颗粒振荡循环分选后的大颗粒(a)和小颗粒(b)的浓度分布。
图4中(a)、(b)、(c)分别是本发明的基于颗粒振荡循环分选后气相、大颗粒、小颗粒的速度矢量分布图。
具体实施例
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步描述：
如图1所示的并联流化床干法分选装置，主床弯头连接处距主床底部0.1L，主床变径段起始位置距主床弯头连接处0.2L，重质大颗粒出料位置位于主床底部距主床弯头连接处0.05L，伴床底部阀门采用蝶阀，待分选物料进料位置位于0.4H，L为主床高度、H为伴床高度。
首先在伴床底部蝶阀关闭的状态下装填一定高度混合均匀粒径分别为2.5mm(颗粒1)和0.5mm(颗粒2)的同密度颗粒。调整主床表观气速，使其稳定在1m/s，该气速为2.5mm粒径聚丙烯颗粒起始流化速度的1.5倍。打开伴床底部阀门，使混合均匀的两种颗粒在主床和伴床之间形成颗粒振荡循环，进而使得主床与伴床内出现趋势相反的周期性波动气速，进一步使得待分选物料由于密度或粒径的差异而产生相对滑移运动，逐渐实现颗粒分选。
本实施例采用Fluent流体力学软件对该分选过程进行模拟，图2为振荡循环过程中呈周期波动的主床与伴床表观气速，由图2可知主床伴床表观气速波动趋势相反。图3中(a)、(b)分别为模拟得到的振荡循环30s后颗粒1和颗粒2的浓度分布图。由图3可知，此时大颗粒集中在主床底部与弯管内部，细颗粒则集中在主床变径段以及伴床中下部，由此证明基于振荡循环的并联流化床干法分选装置和方法能够实现颗粒分选。图4中(a)、(b)、(c)分别为模拟得到的相应时刻气相、颗粒1、颗粒2速度矢量分布图，由图4中(a)可知此时气相由主床底部进入后在弯管处部分向伴床流动。图4中(b)所示的颗粒1速度矢量图表明颗粒1在其浓度较大的区域具有的颗粒速度很小，而在颗粒浓度极小的主床变径段及伴床底部具有较大的速度，且方向向下，这是因为此处粒径较大的颗粒1所受的气相曳力与自身重力相比较小，因而向下加速运动。图4中(c)所示的颗粒2速度矢量图表明在颗粒2在其浓度较大的主床变径处及伴床中下部具有较小的颗粒速度，而在主床下部及弯头具有较大且向上速度矢量，这是因为此处小颗粒所受气相曳力大于颗粒自身重力，使其加速向上运动。由此可知在颗粒振荡循环过程中大小颗粒在气相曳力和自身重力的作用下具有不同的运动趋势，更容易实现颗粒分选。

Claims (10)

1.一种并联流化床干法分选装置，其特征在于包括主床和伴床，设在主床底部的流化空气入口，用于连接伴床底部和主床下部的弯管，位于伴床底部用于调节颗粒交换量的阀门，用于汇聚主床与伴床所排出流化空气的管路，位于伴床上用于添加待分选物料的加料口，位于主床上用于轻质细颗粒的出料口和重质大颗粒的出料口。
2.根据权利要求1所述的并联流化床干法分选装置，其特征在于：所述的连接主床与伴床的弯管与主床的连接位置距离主床底部0.1～0.3L，L为主床高度。
3.根据权利要求1所述的并联流化床干法分选装置，其特征在于：所述的主床存在变径段，变径段起始位置距主床伴床连接处0.1～0.4L，变径段长度为0.1～0.5L，L为主床高度。
4.根据权利要求1所述的并联流化床干法分选装置，其特征在于：所述的轻质细颗粒出料口位置位于主床变径段。
5.根据权利要求1所述的并联流化床干法分选装置，其特征在于：所述的重质大颗粒出料口位置低于主床与弯管连接处的高度，距连接处垂直距离为0～0.1L，L为主床高度。
6.根据权利要求1所述的并联流化床干法分选装置，其特征在于：所述的加料口位置距离伴床底部0.3～0.9H，H为伴床高度。
7.根据权利要求1所述的并联流化床干法分选装置，其特征在于：所述的位于伴床底部用于调节颗粒交换量的阀门类型包括蝶阀、球阀、截止阀。
8.一种如权利要求1所述装置的并联流化床干法分选方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.关闭伴床底部的阀门，经进料口向伴床装填待分选物料；
b.关闭主床上的两个出料口，在主床流化空气稳定运行的状态下，开启伴床底部的阀门，使得伴床内的物料向主床转移，最终在主床伴床内形成颗粒振荡循环；
c.由伴床的进料口向装置内连续进料，开启主床下部重质大颗粒出料口以及中上部轻质细颗粒出料口，分别得到不同密度或粒径的已分选物料；
d.调节伴床底部阀门开度或主床流化空气流量改变两床之间的颗粒转移速率，可控制轻质细颗粒的产物质量和产率。
9.根据权利要求8所述的并联流化床干法分选方法，其特征在于：所述步骤b中主床流化空气表观气速大于颗粒临界流化气速小于颗粒快速流化床转变速度，优选为颗粒临界流化气速的1.5～5倍。
10.根据权利要求8所述的并联流化床干法分选方法，其特征在于：所诉步骤d中阀门开度变化范围为20～100％。
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