在旋流器下溢中消耗细材料的水力旋流器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种水力旋流器(1)，该水力旋流器包括一个流入区(2)和一个沉积区(3)，该流入区具有用于一种浆料(6)的一个切向入口(4)，沉积区该沉积区邻接该流入区(2)且包括用于排放粗材料或粗颗粒的一个下溢喷嘴(8)。根据本发明，在该切向入口(4)的区中设置用于供给一个障壁流体流(7)的至少一个另外的入口(5)，所述障壁流体流(7)及该浆料(6)通过至少在该水力旋流器(1)的上部区中的一个薄片(10)而彼此分离。本发明还涉及一种用于操作根据本发明的水力旋流器(1)的方法。
【专利说明】在旋流器下溢中消耗细材料的水力旋流器
[0001] 本发明的主题为水力旋流器，该水力旋流器具有一个流入区和一个沉积区，该流 入区具有用于浆料的切向流入口，沉积区该沉积区邻接该流入区且具有用于排放重材料、 粗材料或粗颗粒的下溢喷嘴。本发明的主题还有用于操作根据本发明的水力旋流器的方 法。
[0002] 水力旋流器是用于悬浮液或混合物的离心分离器。通过这些水力旋流器将大部分 固体颗粒分离或分级。由此，同样可能将例如油/水混合物等乳液分离。
[0003] 该水力旋流器为在湿式烟气净化厂中脱水的石膏的一个至关重要的部件。在此情 况下，从吸收器抽出的悬浮液经一个或多个水力旋流器部分脱水，并随后传递到带式过滤 器上或到离心机中。作为此方法的结果，该石膏被引入到大多数情况低于10%的残余湿气 中，并可能随后被输送走。
[0004] 常规的水力旋流器通常包括一个具有切向流入口（流入喷嘴）的圆柱形区段以及 与之邻接的圆锥形区段，该圆锥形区段具有下溢喷嘴或顶点喷嘴。涡流探测器或上溢喷嘴 以浸没管的形式从上方轴向地突出到旋流器的内部。
[0005] 在本发明中，上溢或顶流应理解成意味着比重更小和/或粒度更小的级分，且下 溢可意味着比重更大和/或更粗的级分。
[0006] 在本发明中，上溢未必"在顶部"或在流入区中离开水力旋流器。还可设想示范性 实施例，其中水力旋流器依据顺流原理操作，也就是说其中下溢及上溢在相同方向上离开 水力旋流器。
[0007] 在本说明书中，名称"顶部"及"底部"与流入口及下溢相联系。然而，水力旋流器 的实际位置以最大可能程度独立于此，如此甚至常常使用水平地安装的水力旋流器。
[0008] 在依据逆流原理的水力旋流器中，经由切向流入口沿着圆形路径将液体强制压入 到圆柱形区段中，且该液体在向下引导的涡流中向下流动。圆锥形区段中的锥形导致加速 及体积向内偏移，且导致圆锥的下部区中的累积。这导致形成内部的向上引导的涡流，该涡 流是经由上溢喷嘴进行排放的。目标为比重更大的级分（例如，固体、粗材料、粗颗粒）在 旋流器的壁上的沉积，且因此经由下溢喷嘴进行排放，而比重更小或粒度更细的级分经由 上溢喷嘴逸出。
[0009] 由离心力及流动力相互作用来描述分离及分级作用的基本原理。离心力以更大程 度作用于比重更大的大颗粒（粗材料），且这些颗粒因此向外朝旋流器壁沉积，而在轻型小 颗粒的情况下，由于其更高的比表面积，作用于颗粒的流动力（阻力）至关重要。
[0010] 在常规的水力旋流器中，流入口中的细材料的均匀分散确保根据上溢与下溢之间 的体积流动的分布来划分这些颗粒大小类别。这意味着细材料通常以对应于下溢/流入口 体积分割（体积流动比）的比例与粗材料一起沉积出来。
[0011] 常规的水力旋流器因此通常无法完成从下溢中消耗密度与流体的密度类似或粒 径很小（〈5 μ m)的分散相。
[0012] 例如在DE 102009057079A中描述的最新进展更进了 一步，其方式为通过从纯流 体引入清洗流，其试图从下溢中分离出细颗粒。在此情况下，通常切向地将洗涤水流引入到 圆锥体中或旋流器的下部区中。此稀释的结果为减少粗材料排出物中（也就是说在下溢 中）的细材料浓度。在此情况下的缺点为引入的液体及伴随出现的湍流将已经分开的重颗 粒再次冲洗到中心流中。这降低了上溢的纯度。由于这些缺点，可仅以有限的程度（大部 分情况下仅以对应于额外引入的水流的程度）来实施下溢中的细材料的消耗。
[0013] EP 1 069 234 B1披露经由安排在顶点喷嘴中部的流入管将稀释液体直接添加到 中心流中。
[0014] 因此，本发明所基于的目的在于提供一种水力旋流器，该水力旋流器改进了分离， 使得下溢中的细材料或细颗粒以及上溢中的粗材料或粗颗粒的错误排放都降低。细材料因 此在下溢中相对于流入口中的体积相关浓度而被消耗。
[0015] 通过一种水力旋流器实现此目的，其中，通过引入水或另一种流体的障壁层，可以 提供纯相，其中粗材料必须沉降下来，而细级分主要保留在原始流中。此障壁流体的供应经 由独立于悬浮液供应的至少一个另外的流入口而进行。障壁流体流通过一个薄片与悬浮液 或浆料分开，且可被引入到圆柱形区段中。薄片在此情况下承担阻止入口区中的互混以及 仅在已形成稳定特征之后允许流动层接触的任务。
[0016] 还可设想圆锥体区中的障壁层的供应，在此情况下可提供旋流器直径的阶梯式加 宽，使得可引入障壁水流而无悬浮液的任何偏移。在此情况下该水力旋流器壁也同时形成 该薄片。
[0017] 本发明的基本构思为，通过形成沉降辅助层（障壁流体流），获得尽可能限定的沉 降条件，该沉降辅助层不与主流相互作用或仅与主流进行不显著的相互作用，以便实现其 沉降路径上方的实际的颗粒分离，并且不存在其他情况下常见的富集。
[0018] 细颗粒（细材料）大部分保持在中心流中。在此情况下障壁流体流以环形包围浆 料。相对于流入口中的体积相关的浓度（甚至考虑到投料的障壁流体量或障壁水量），细材 料或细颗粒因此在下溢中减少或在理想状况下全部分离。
[0019] 优选地经由至少一个另外的流入口将障壁流体流切向地供应到流入区。由此一个 稳定的圆形的障壁流体流可形成于旋流器之内。
[0020] 优选地，该薄片基本上为圆柱形或圆锥形形式。在此情况下该薄片可在流入区中 或在圆柱形区段中从障壁流体流的流入区延伸直到向沉积区或圆锥形区段的过渡部，或可 固定于圆锥形区中。因此仍保留充足的时间，使得稳定的圆形流能够既在障壁流体层中形 成又在浆料中形成。
[0021] 该薄片在其下端逐渐变细到一个点或使其尽可能地薄是有益的，使得障壁流体流 及浆料可组合以便尽可能无涡流。这两个流也应在薄片下方尽可能彼此分开地进一步流 动。
[0022] 在本发明的有益的实施例中，在浆料的流动方向中观察，在该薄片的下游安排有 流分离器，通过该流分离器，组合后的障壁流体流及浆料再次彼此分离。可通过流分离器减 少或防止已经分离的层的后续互混。
[0023] 优选地，薄片与流分离器之间的距离是可调节的。由此可影响分离粒径。
[0024] 流分离器的使用使得水力旋流器的一种实施例成为可能，其中障壁流体流形成下 溢，也就是说富含重或粗材料的级分，且其中缺乏重材料的浆料形成上溢。在此情况下，也 可设想从水力旋流器向下排放下溢及上溢。在此实施例中，因此，水力旋流器将依据顺流原 理操作。
[0025] 在此情况下，水力旋流器具有基本上圆柱形的构造是有益的。
[0026] 薄片还可具有平衡孔，这些孔形成浆料与障壁流体流之间的连接，因此导致在两 个层彼此相遇之前障壁流体与悬浮液之间的压力平衡。理想地，在此情况下，始终由稍高于 悬浮液的压力作用于障壁流体。
[0027] 也可以设想额外洗涤或稀释水可引入下溢区中，使得由此可获得下溢中的细材料 或细颗粒的进一步消耗。例如，在顶点的区中，水流可被轴向地供应到涡流以便最小化分离 的层的再次向上旋流或完全混合。
[0028] 本发明的主题还有用于操作根据本发明的水力旋流器的方法，其中一旦障壁流体 流及浆料流变稳定，就在水力旋流器中对障壁流体流及浆料一起进行进一步导引。
[0029] 在此情况下可以设想，障壁流体流及浆料流在其组合之后再次通过流分离器而分 离。
[0030] 在此类实施例中，可从水力旋流器向下排放这两个分开的流。下溢及上溢因此在 相同方向上离开水力旋流器。
[0031] 优选地，在下溢喷嘴的区中，洗涤或稀释水例如经由安排在下溢喷嘴的中部的流 入管被喷入。
[0032] 下文通过附图来描述根据本发明的水力旋流器，其中：
[0033] 图1示出了穿过根据本发明的水力旋流器的示范性实施例的示意性纵截面；
[0034] 图2示出了穿过根据本发明的水力旋流器的流入口区中的横截面；
[0035] 图3及4示出了穿过根据本发明的水力旋流器的其他示范性实施例的示意性纵截 面；
[0036] 图5示出了穿过具有流分离器的根据本发明的水力旋流器的示范性实施例的示 意性纵截面；
[0037] 图6示出了具有流分离器的水力旋流器的细节。
[0038] 在各图中相同的参考符号在每种情况下指代相同部件。
[0039] 下文通过举例详细说明具有圆柱形流入区且具有圆锥形沉积区的水力旋流器。然 而，根据本发明的原理还可应用于纯圆柱形的（如图6中所说明）、或纯圆锥形的离心机或 旋流器。
[0040] 图1中展示了根据本发明的水力旋流器1。其包括流入区2及与之邻接的沉积区 3。此处，流入区2为圆柱形，且沉积区3为圆锥形。
[0041] 经由切向流入口 4将浆料6供应到水力旋流器1。浆料6可为例如石膏悬浮液。
[0042] 沉积区3具有用于排放粗材料或粗颗粒的下溢喷嘴8。比重更小或粒度更细的级 分可作为上溢12经由上溢喷嘴9排放，该上溢喷嘴以浸没管的形式轴向地突出到水力旋流 器1的内部。
[0043] 除切向流入口 4之外，水力旋流器1也具有用于障壁流体流7的一个另外的流入 口 5 (展示于图2中），该障壁流体流在此处同样切向地被供应到流入区2。障壁流体7例 如为水、醇或油。障壁流体流7及浆料6被分开供应到水力旋流器1，且通过薄片10而彼此 分离。薄片10例如为由金属所组成的圆柱形薄壁式部件。纯障壁流体流7与实际的悬浮 液流（浆料6)在薄片10的下端13处相遇。一旦障壁流体7及浆料6的流具有稳定形式， 便发生此情形。
[0044] 在已经组合两个体积流6、7之后，开始经由障壁层7对重颗粒（粗材料）的沉降 运动。这导致下溢11中的细材料的消耗。如在常规的水力旋流器中一样，发生圆锥形沉积 区3中的流动路线选择。
[0045] 薄片10此处具有平衡孔17,这些平衡孔形成浆料6与障壁流体流7之间的连接， 由此导致障壁流体7与悬浮液6之间的压力平衡。还可设想在流入口 5的区中的这些平衡 孔洞。
[0046] 流动箭头指明障壁流体流7及浆料6彼此尽可能少地互混。障壁流体流7因此形 成朝向圆锥形沉积区3的壁的障壁流体层7。
[0047] 任选地，洗涤或稀释水15可在沉积区3中或下溢区中另外地被引入，且由此可进 一步减少下溢11中的细材料的体积相关的含量。
[0048] 上溢喷嘴9的嘴孔14此处结束于薄片10的末端13下方的区中。
[0049] 取决于障壁流体流7及浆料6中的对应的体积含量，将或多或少清晰地定义重颗 粒级分（粗材料）的沉积。
[0050] 图2展示了穿过流入口区中的根据本发明的水力旋流器1的横截面。此处明确可 见到的是用于浆料6的切向流入口 4及用于障壁流体层7的切向流入口 5。这两个流入口 4、5此处基本上平行地流到流入区2中。
[0051] 图3展示了水力旋流器1的另一示范性实施例。水力旋流器1的圆锥形沉积区3 具有一个阶梯状的加宽部，经由该加宽部投料该障壁流体7。浆料6及障壁流体7在此情况 下通过薄片10而彼此分离，该薄片此处同时构成旋流器壳体18的一部分。此处薄片10形 成为圆锥形。切向地将障壁流体流7供应到水力旋流器1。
[0052] 图4示出了水力旋流器1，其中经由流入管16投料额外的洗涤或稀释水15,该流 入管突出到下溢喷嘴8中。流入管16安排在下溢喷嘴8的中部。
[0053] 图5示出了根据本发明的水力旋流器1的一个另外的示范性实施例。在此情况 下，流分离器19安排在薄片10下方。此处由水力旋流器壁18形成薄片10,但该薄片还可 设计成分离的部件。障壁流体流7再次通过流分离器19而与浆料6分离，因此阻止了经由 沉降间隙22沉降到障壁流体流7中的粗材料再次回流到浆料6中。富含粗材料的障壁流 体流7在流分离器19与外壁20之间向下流动离开水力旋流器1，且因此形成下溢11。缺 乏粗材料的浆料6作为上溢12向上流动离开水力旋流器1。
[0054] 沉降间隙22优选地为可调节的，使得由此可影响分离粒径。
[0055] 图6展示了具有流分离器19的水力旋流器1的一个另外的示范性实施例的薄片 10、沉降间隙22及流分离器19。此水力旋流器1依据顺流原理操作。缺乏粗材料21的浆 料6(也就是说上溢12'）在此情况下以与富含粗材料21的下溢11相同的方式向下离开 水力旋流器1。依据顺流原理操作的水力旋流器1 (在相同方向上抽出上溢12'及下溢11) 优选地具有圆柱形构造，因为这提供流工艺上的优点。
[0056] 图中展示的实施例仅构成本发明的优选的形式。本发明也包含其他实施例，其中 例如设置用于障壁流体流7的多个其他流入口 5。在此类水力旋流器中，随后将在多级中投 料该障壁流体。
【权利要求】
1. 一种水力旋流器（1)，该水力旋流器具有一个流入区（2)和一个另外的沉积区（3)， 该流入区具有用于一种浆料（6)的一个切向流入口（4)，沉积区该沉积区邻接该流入区（2) 且具有用于排放重材料或粗颗粒的一个下溢喷嘴（8)，其特征在于，设置用于供应一个障壁 流体流（7)的一个另外的流入口（5)，其中该障壁流体（7)及该浆料（6)在该水力旋流器 (1)中是可组合的，且在组合之前，该障壁流体及该浆料通过一个薄片（10)而彼此分离。
2. 如权利要求1所述的水力旋流器（1)，其特征在于，可经由该至少一个另外的流入口 (5)将该障壁流体流（7)切向地供应到该流入区（2)。
3. 如权利要求1所述的水力旋流器（1)，其特征在于，该流入口（5)将该障壁流体流 (7) 切向地供应到该沉积区（3)，其中在组合的位置处提供该水力旋流器（1)中的一个阶梯 式的加宽部，使得水力旋流器壁（18)形成该薄片（10)。
4. 如权利要求1到3中任一项所述的水力旋流器（1)，其特征在于，该薄片（10)伸展 直到该沉积区（3)中。
5. 如权利要求1到4中任一项所述的水力旋流器（1)，其特征在于，在该浆料（6)的流 动方向中观察，在该薄片（10)之后安排有一个流分离器（19)，通过该流分离器，组合后的 障壁流体流（7)及该浆料（6)再次彼此分离。
6. 如权利要求5所述的水力旋流器（1)，其特征在于，该薄片（10)与该流分离器（19) 之间的距离是可调节的。
7. 如权利要求1到6中任一项所述的水力旋流器（1)，其特征在于，该障壁流体流（7) 形成下溢（11)，且缺乏重材料的该浆料（6)形成上溢（12,12'）。
8. 如权利要求7所述的水力旋流器（1)，其特征在于，从该水力旋流器（1)向下排放该 下溢（11)及该上溢（12'）。
9. 如权利要求8所述的水力旋流器（1)，其特征在于，该水力旋流器（1)具有基本上一 个圆柱形的构造。
10. 如权利要求1到9中任一项所述的水力旋流器（1)，其特征在于，额外的洗涤或稀 释水（15)能够在该沉积区（3)中或下溢区中被引入。
11. 如权利要求10所述的水力旋流器（1)，其特征在于，能够经由突出到该下溢喷嘴 (8) 中的一个流入管（16)来供应该额外的洗涤或稀释水（15)。
12. -种用于操作如权利要求1到12中任一项所述的水力旋流器（1)的方法，其特征 在于，一旦该障壁流体流（7)及浆料流（6)变稳定，就在该水力旋流器（1)中对该障壁流体 流（7)及该浆料（6) -起进行进一步导引。
13. 如权利要求12所述的用于操作一个水力旋流器（1)的方法，其特征在于，该障壁流 体流（7)及该浆料流（6)在其组合之后再次通过一个流分离器（19)而分离。
14. 如权利要求13所述的用于操作一个水力旋流器（1)的方法，其特征在于，从该水力 旋流器（1)向下排放这两个分离的流（11，12'）。
15. 如权利要求12到14中任一项所述的用于操作一个水力旋流器（1)的方法，其特征 在于，在该下溢喷嘴（8)中喷入洗涤或稀释水（15)。
【文档编号】B04C5/081GK104105548SQ201380008451
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年2月8日 优先权日:2012年2月10日
【发明者】迈克尔·克雷默 申请人:安德里茨能源与环境有限公司