专利名称：从慢速沉淀颗粒分离快速沉淀颗粒的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般来说涉及用于分离颗粒的方法和设备，更具体来说，涉及采用一种根据颗粒的沉淀速度不同来分离颗粒的水力分离器的方法和设备。具体来说，本发明涉及一种在水力分离器中分离颗粒的方法和设备，其采用一股上流以使慢速沉淀的颗粒随着该上流而上升，在该上流中，它们在溢流中被排除，而让快速沉淀的颗粒在设备的底部沉淀，在该底部，它们在底流中被排除。本发明的方法和设备从直观来说被称为是有关从烟道气体去硫过程中的煤灰颗粒来分离商业上有价值的石膏颗粒的。本发明的方法和设备也可以用于诸如通常是在采矿和矿石粉碎工序中产生的混合物的其他颗粒混合物。
分离大量的颗粒在许多工业中是个重大问题。当一种或者多种颗粒具有商业价值时，分离作业是需要的。当具有一种从环境保护来说不希望有的成份的颗粒混合物必须以损耗的方式予以去除时，也必须采用分离作业。在该情况下，希望将对环境有害的颗粒与其他颗粒分开，以便使必须以损耗的方式去除的材料量可以减少。采用将商业上有价值的颗粒与其他颗粒分离过程的一个实例，是将在烟道气体去硫过程中的煤灰与石膏分离的作业。
在美国，烧煤来产生电是电力的主要来源之一。在过去，从烧煤中产生的副产品从烟囱排放到大气中。由于公众对这种颗粒的有害环境的作用的认识增多，所以，公众要求，从动力工厂来的排气在排放到大气以前应当予以净化。
烟道气体去硫方法是在以煤作燃料的动力工厂中所采用的普通的净化方法。该方法的一个缺点是，大量的沾染灰尘的与水化合的硫酸钙，作为该方法的副产品而产生了。与水化合的硫酸钙通常被称为石膏，并且通常被用来制造熟石膏和墙板。处理沾染煤灰的石膏对于动力公司是个将大大增加净化排气费用的问题。因此，近几年来，一直希望找到利用烟道气体去硫工艺的副产品的途径和其他净化方法，以便补偿净化工艺的费用。
对在烟道气体去硫过程中产生的石膏副产品的实际利用，包括利用石膏来形成熟石膏和制作墙板。可惜的是，直接从许多烟道气体去硫过程中提取的石膏，不是立即在商业上可用的，因为其沾染有较大量的煤灰。虽然煤灰不会大大地改变石膏的结构性能，但是煤灰会使石膏的颜色变黑，使其丧失商业价值。更重要的是，煤灰会降低纸在墙板上的附着程度，也可增加墙板的重量。因此希望，在本技术领域中提供一种可有效地从较大量的石膏中清除煤灰的方法和设备。
用于从烟道气体去硫系统中产生的石膏中分离煤灰的已知方法，是利用水力旋流器，滤网，或者水力分离器。石膏只有当其具有92％和以上的纯度时，才是对墙板用途在商业上所需要的。至目前为止，在现有技术中已知的，用于从烟道气体去硫系统的副产品中分离墙板品位的石膏的方法和设备，尚未经济地和始终如一地生产出墙板等级的石膏。
一种这样的已知系统利用水力旋流器来将煤灰与石膏分离。水力旋流器系统利用泵排出压力来使水力旋流器中的颗粒加速。粗大的石膏颗粒由离心力推向水力旋流器的圆周并且聚集在底流中，而较小的颗粒和水一起流向水力旋流器的轴线，它们在那里被溢流排走。在水力旋流器环境下，高的剪切速度和较短的停留时间，不能有效地分离颗粒，使得底流沾染有细微的煤灰颗粒。溢流也含有不希望的石膏量。增加串连的水力旋流器可提高分离的质量，但是也会增加制造和运行该系统的费用。
在应用中，滤网也在用来使细微颗粒与粗大颗粒分离，例如使煤灰与石膏分离。当颗粒尺寸的差别很小和当颗粒本身很小时，滤网难于有效地利用。在使煤灰与石膏分离的情况下，适当号码的滤网易于堵塞和会受到不希望的一定量的磨蚀力。还发现，需要大量的滤网才能足以将石膏与煤灰分离。在使用滤网的情况下，除了其他问题以外，滤网的数目将增加系统的费用，这是不切实际的。
其他分离系统包括采用根据沉淀特性差别来分离颗粒的其他水力分离器装置。这样的装置具有使它们效率低的各种问题，包括难于使上升液体和/或冲水达到均匀分布和不能充分地抑制供给悬浮物的动能。某些这种装置也不能有效地从含有细微颗粒的母液中过滤出较粗的颗粒。利用浮力的分离系统，要求增加浮力剂的费用和供给空气以形成泡沫的高能量费用。此外，为使浮力剂可有效地起作用，在细微颗粒和粗大颗粒的表面之间，必须有化学方面的差别。因此希望，在技术领域中提供这样一种用于将石膏与煤灰分离的方法和设备，使得最终被分离的石膏纯得足以在墙板制造作业中使用。
希望分离颗粒的其他情况是回收陶土。需要的陶土通常沾染有粗砂。在已知的回收工艺中，相当量的陶土仍然留在粗砂中，导致大约10％陶土制品的丧失。因此希望在本技术领域中提供用于更有效地分离陶土与粗砂的方法和设备。
因此，本发明的方法和设备，应当在广泛的各种应用场合中，能够将具有慢速沉淀性能的颗粒与具有快速沉淀性能的颗粒分离。所需要的系统必须效率高，有效，基本上不需要维护，运行经济，易于调节，以便适应不同种颗粒的不同流速和浓度。
因此，本发明的目的是提供一种大量有效地分离颗粒的方法。
本发明的另外一个目的是，提供一种根据颗粒沉淀特性不同来分离颗粒的方法。
本发明的再另外一个目的是，提供一种不用充气和絮凝方法来分离颗粒的方法。
本发明的再又另外一个目的是，提供一种易于根据颗粒进入系统的不同流速和不同浓度来控制和调节的，分离颗粒的方法。
本发明的又一个目的是，提供一种采用单个的水力分离器达到分离目的的分离颗粒的方法。
本发明的再又一个目的是，提供一种采用层流使具有较慢沉淀速率的颗粒上升，而让具有较快沉淀速率的颗粒沉淀来分离颗粒的方法。
本发明的再又一个目的是，提供一种用于分离煤灰与石膏的方法。
本发明的再又一个目的是，提供一种用于分离煤灰与石膏的方法，而该煤灰和石膏是在烟道气体去硫过程中产生的，其分离的程度可以达到，使回收的石膏可以用于商用墙板和熟石膏。
本发明的再又一个目的是，提供一种用于分离颗粒的设备，该设备设计得可促使层流从下部分流向上部分。
本发明的再又一个目的是，提供一种用于分离颗粒的设备，它包括一个将设备的上部分与下部分分开的中央隔板。
本发明的再又一个目的是，提供一种用于分离颗粒的设备，其具有位于上部分和下部分之间的进口，使得进入设备的输入悬浮物可与在两部分之间的上流相碰撞。
本发明的再又一个目的是，提供一种用于分离颗粒的设备，其包括一个可保持在设备中的层流的出口。
本发明的再又一个目的是，提供一种用于分离颗粒的设备，该设备结构较为简单，可以以简单，有效和经济的方式达到上述的目的，可以解决本技术领域中存在的问题和满足其需要。
这些和其他目的和优点可以由本发明的水力分离器来获得，其一般特性可以说成是包括一个水力分离器(10，150，200，300，400)，而该水力分离器包括 一个具有一个上端(12，152，212，312，412)和一个下端(13，151，213，313，413)的侧壁(11.151，211，311，411)；一个连接在侧壁的下端上的底板(14，154，214，314，414)，该底板关闭侧壁的底部，以形成一个箱；一个连接在箱上，而将箱分成一个搅动部分(24，164，224，324，424)和一个层流部分(20，160，220，320，420)的隔板(26，166，226，326，426)；搅动部分布置在隔板之下；层流部分布置在隔板之上；该箱具有一个第一进口(40，170，240，340，440)，一个溢流出口(72，194，272，372，472)和一个底流出口(18，158，218，318，418)；溢流出口布置在侧壁的上端附近；该底流出口布置在侧壁的下端附近；第一进口布置在所述的搅动部分之上；布置在搅动部分的一个搅动器(58，188，258，358，458)；和用于驱动搅动器的装置(54，184，254，354，454)。
其他目的和优点由本发明的用于分离煤灰与石膏的方法来达到，其一般的特性可以说成是包括下述步骤将颗粒悬浮物加入水力分离器中，一些颗粒具有较快的沉淀速度，而其他颗粒具有较慢的沉淀速度；将稀释水加入水力分离器的底部；从水力分离器的上部去掉物料，以便产生上流；控制上流的流速，使得具有较慢沉淀速度的颗粒由上流提升，而具有较快沉淀速度的颗粒穿过上流落下；和从水力分离器的底部去掉具有较快沉淀速度的颗粒。
通过申请人企图应用本发明原理的最佳模式的描述，本发明的最佳实施例在下文中予以说明，在附图中予以展示，并且在后附的权利要求中清楚地予以指出和限定。
图1是示意性流程图，描述本发明的水力分离器在从烟道气体去硫工艺中获得高质量石膏的整个过程中的相对位置；图2是本发明的水力分离器的正剖视图；图3是沿着图2的3-3线所截取的剖视图；图4是沿着图2的4-4线所截取的剖视图；图5是沿着图2的5-5线所截取的剖视图；图6是与图2相似的视图，此时该水力分离器沿着箭头指出在水力分离器中的流路运行；
图7是本发明的水力分离器的第一可供选择实施例的正剖视图；图8是本发明的水力分离器的第二可供选择实施例的正剖视图；图9是本发明的水力分离器的第三可供选择实施例的正剖视图；图10是本发明的水力分离器的第四可供选择实施例的正剖视图；在整个说明书中，相同的标号指的是相同的元件。
本发明的水力分离器在附图中总地由标号10表示。水力分离器10这样构成，即可根据颗粒沉淀特性的差别，来将供入水力分离器10的颗粒分离。水力分离器10这样设计，即可将具有较慢速沉淀特性的颗粒提升到水力分离器10的上部，而让具有较快速沉淀特性的颗粒下降到水力分离器10的底部。水力分离器10可以用于要被分离的颗粒具有不同的沉淀特性的广泛的各种用途。
在本发明的第一实施例中，水力分离器10用来将在烟道气体去硫过程中的石膏与煤灰分离。在图1中描述了水力分离器10相对于石膏回收和与烟道气体去硫过程相配合的提纯过程的其他部件的位置。水力分离器10也可以用于要被分离的颗粒具有不同的沉淀速度的其他颗粒分离应用场合。例如，水力分离器10可以用来将在球碾磨工序中的粗大的石灰石与较细微的研磨过的石灰石分离，把在采矿工序中的陶土微粒与较粗大的矿石和母岩分离，把在石灰熟化工序中的较大的粗砂与充分熟化的石灰分离。水力分离器10仅就烟道气体去硫过程予以描述，以便提供采用水力分离器10的实例，而下面的描述可以应用于混合颗粒必须予以分离的其他过程，而不脱离本发明的概念和精神。
在本发明的示范性实施例中，来自烟道气体去硫过程的悬浮物，首先通过水力旋流器予以处理，以便去掉诸如粗砂和岩石等非常粗大的杂质。然后，所得到的悬浮物用已知的氧化方法予以适当地处理，再进入水力分离器10。
在水力分离器10的底流处，可以获得已经与煤灰分离的高质量的石膏。该底流被引导到诸如离心分离机或者过滤器的脱水装置，以便从石膏中去除水份，使石膏处于可以被出售给墙板制造作业的形式。水力分离器10的溢流含有从石膏中去除的煤灰。使溢流通过稠化阶段或者稠化处理，以便从煤灰中去掉液体，同时使液体再循环回该处理过程的起点。
水力分离器10通过利用材料的不同沉淀速度，来将较小的煤灰颗粒与较大的石膏颗粒分离，从而把煤灰从石膏中分离出来。水力分离器10通过利用在颗粒上的拉力和在颗粒上的重力之间的差别来达到理想的分离。在层状流体流中，Stoke法则概括地规定，球形颗粒的沉淀落速与其直径的平方和颗粒与液体介质之间的比重之差的乘积成正比，而与流体粘度成反比。如果，周围液体以柱状上升的速度大于该最终的沉淀落速，则颗粒将上升并被进行溢流，如果不是，则颗粒将下降并且将来到底流中。
水力分离器10借助产生通过煤灰和石膏的沉淀混合物的层流上流来分离颗粒。每个颗粒根据其直径和与周围液体和那种液体的粘度相比较的比重，而确定在上升的液体柱中的最终的沉淀落速。如果颗粒的沉淀速度超过液体的上升速度，则颗粒将沉淀在水力分离器的下搅动部分。具有较慢最终沉淀落速的颗粒由上升的液体柱向上携带，最终从水力分离器10的上方除去。在水力分离器10中的上流可以予以控制，以便提供使慢速沉淀颗粒上升的速度，而让快速沉淀颗粒下降，即使慢速沉淀颗粒具有比快速沉淀颗粒较大的比重也然。然而，如上所述，Stone法则适用于层流区域，因此，本发明的重要目的是，在水力分离器的可以发生分离的地方提供层流。
分离的程度和质量，可以借助调节通过水力分离器10的上流的流速，来严密地予以控制。该上流的流速应当稍稍小于开始将石膏颗粒带出水力分离器10的溢流的流速。流速可以通过改变将悬浮物供入混合区的流速，和通过与加入水力分离器10的底部的稀释液或者冲水的细微协调，来严格地予以控制。该稀释液或者冲水的加入是提纯粗大石膏产品的关键因素。冲水不但可以产生通过水力分离器10的层状上流，而且可在水力分离器10的底部将细微的煤灰颗粒冲离石膏颗粒。
现在既然已经描述了在水力分离器10背后的理论，现在将参照附图2-6描述水力分离器10的结构。水力分离器10包括一个具有一个圆筒侧壁11的大致圆筒的箱，其带有一个上端12和一个下端13，在下端处由底板14封闭起来，以形成该箱。底板14可以向排放管16和底流出口18倾斜。在本发明的某些实施例中，底板14可以向排放管16大致倾斜2度。底板14也可以是平的。出于举例的目的，侧壁11可以具有大致14英尺的直径和大致30英尺的高度。侧壁11和底板14可以由在本技术领域中已知的各种适用材料中的任何一种来制造，例如铝，不锈钢，或者塑料。具体的材料根据在水力分离器10中的流体和物料的腐蚀和侵蚀特性来选择。
水力分离器10通过圆周隔板26被分成层流部分20和搅动部分24。隔板26的横截面是三角形的，如图2所示，并且整个围绕侧壁11的内表面延伸。在示于图2-6的本发明的实施例中，隔板26的径向向内的截锥形区域，提供了一个布置在搅动部分24和层流部分20之间的中间或者过渡部分22。在本发明的其他实施例中，下面将对其某些部分更详细地介绍，部分22基本上可以予以取消。隔板26包括上锥形壁28和底壁30，而底壁30基本上垂直于侧壁11。隔板26可以大约为6英尺高，并且伸入水力分离器10大约4英尺，在搅动部分24和中间部分22之间留下一个具有6英尺直径的开孔。在本发明的其他实施例中，隔板26可以形成其他形状。另外，在这里给予隔板26，侧壁11和底板14的具体尺寸仅仅是为举例的目的。本发明认为，可以采用其他尺寸，来实现本发明的概念。
水力分离器10还包括一个进口40，该进口与要被分离的颗粒流体源连通。进口40包括一个具有减速性质的进口侧壁件42，该件可以基本上是圆筒形状的，以便形成一个在中间部分22之上和通过进口40的底部与中间部分22流体连通的进口室46。
一个进口管48在进口室46和要混合材料的材料源之间提供流体连通。进口管48从侧壁11延伸到进口侧壁42，并且基本上是水平的。进口管48不是相对于侧壁42径向布置的，而是基本上与进口40相切，如图4，5所示。进口管48的切向位置让加入进口室46的物料在进口室46内旋转，然后再掉入水力分离器10的中间部分22。旋转作用缓缓地驱散进入的悬浮物的动能，使得流体缓缓地与水力分离器10的含物混合，以便让层流在中间部分22之上和之下产生。
进口40由多个支承件50支承在水力分离器10内。每个支承件50从水力分离器10的侧壁11延伸到进口侧壁42。支承件50可以沿着径向布置并且基本上是水平的，如图所示。支承件50在上流的方向较簿，以便不会对水力分离器10内的上流产生重大干扰。因此，支承件50可以是簿的矩形条或者机翼形状的条，以便不会对水力分离器10内的上流产生重大干扰。
进口40的直径小于在中间部分22和搅动部分24之间的在隔板26的下端棱缘处的开孔52。进口40的尺寸可以确保，加入水力分离器10的物料将与从搅动部分24通过中间部分22上行的上流相接触。
水力分离器10还包括一个变速马达54，该马达布置在水力分离器10的上方。驱动轴56与马达54相连接，并且沿水力分离器10的中心向下延伸，通过进口40，再进入搅动部分24。马达54和轴56可以由任何各种已知支承结构来支承。低剪力搅动器58连接在驱动轴56的端部，使得其完全布置在搅动部分24中，并且邻近底板14。在本发明的其它实施例中，也可以采用其他相当的搅动器，而不脱离本发明的概念。例如。用于驱动搅动器的马达可以布置在底板14之下，或者在搅动部分24内。马达也可以布置在水力分离器10的其他部分22或者20中。
多个侧隔板60布置在搅动部分24内。每个侧隔板60连接在侧壁11的内表面上，并且深入搅动部分24。每个侧隔板60包括一对连接成直角的竖向壁62，同时在竖向壁62之间的连接部分64深入搅动部分24中。在本发明的优选实施例中，四个侧隔板60围绕搅动部分24均匀分布，并且从底板14延伸到底壁30。侧隔板60将搅动部分24中的流体从底板14向上引向底壁30，而在该底壁处，流体沿着径向向内转移。
水力分离器10还包括一个布置在水力分离器10的上方的出口通道70。出口通道70向溢流出口72倾斜，使得进入出口通道70的颗粒向下朝着溢流出口72流动，并且脱离水力分离器10。在本发明的优选实施例中，出口通道70布置在侧壁11的外侧，并且包括一个出口侧壁74和一个出口底板76。出口通道70整个地包围着水力分离器10的上部，让物料流过侧壁11，进入通道70，不会产生会与在层状流部分20中的层状上流相干扰的注射流。
在水力分离器10中的上流通过控制各个部分20，22，和24的流入和流出来产生。底流出口18布置在搅动部分24并且容许底流从水力分离器10排走。在本发明的优选实施例中，底流出口18布置在排放管16之上。稀释水进口84也布置在搅动部分24。该进口84处于与稀释水源可选择的，可控的流体连通中。通过进口40和进口84的流速与通过底流出口18和溢流出口72的流速相结合，限定了通过水力分离器10的上流流速。
水力分离器10在运行中的示意图示于图6中。出现在图6中的各种箭头，表示物料流通过水力分离器10的方向。具有不同沉淀速度的颗粒悬浮物100通过进口管48被加入水力分离器10中。虽然水力分离器10可以用于各种物料，但是为了提供一个该作业的实例，下面的描述仅仅具体涉及从石膏中分离煤灰。在该实例中，悬浮物100包括较慢沉淀的煤灰和较快沉淀的石膏。悬浮物100通过管48进入进口室46，并且立即与已经完全充满水力分离器10的稀释水相混合。悬浮物100的力和沿着切向的进入使其围绕进口室46旋转，如由标以号码102的箭头所示。进口40让悬浮物减速和开始向下移动，然后才与在水力分离器10中的由标以号码110的箭头所示的上流相接触。当悬浮物100通过进口40掉下时，其速度将减慢，并且旋转运动也将减少。
当悬浮物掉出进口室46时，其立即与在水力分离器10中的上流相混合，该上流是由加入稀释水至搅动部分24和从溢流出口72排走物料产生的。在水力分离器10中的几乎所有流体，都从搅动部分24通过中间部分22，而进入层流部分20和出口通道70。优选的是，没有流体从中间部分22进入搅动部分24。该上流的流速严格地予以控制，以便对较小的煤灰颗粒产生的拉力，足以防止煤灰颗粒通过上流而沉淀下来。希望没有净余的流体流从混合部分22或者层流部分20进入搅动部分24。上流的流速不能太快以使较大的石膏颗粒随上流上升。作用在较大石膏颗粒上的重力使它们落下来，如箭头106所示，进入搅动部分24。向下移动的悬浮物102与水力分离器10中的上流的直接和突然的混合，导致在中间部分22中的煤灰颗粒与石膏颗粒的有效的分离。即使某些石膏颗粒起初从中间部分22向上移动到层流部分20的较下部分，在层流部分20中的层流上流也将允许重力克服拉力，从而将较大的石膏的颗粒向下拉回，穿过上流而到中间部分22，然后进入搅动部分24。上流的速度可以借助监测通过溢流出口72的溢流来设定。当水力分离器10被起动时，稀释水被加入，以产生上流，稀释水的流速将增加，直至在溢流中检测到石膏为止。然后上流的流速降下来，直至在溢流中的细微石膏固体的量在规定的范围内为止。也可以在水力分离器10上设置各种视窗，以便检查分离的进程。
虽然显著量的分离发生在中间部分22中，但是一些较细微的煤灰颗粒将达到较下位置的搅动部分24。这些煤灰颗粒必须先从石膏上去掉，才能让石膏流出底流出口18。稀释水或者冲水被加入搅动部分24，以稀释在液体中的煤灰固体的浓度，并且迫使这些液体向上流动，以便随其携带着煤灰污染物。低剪力搅动器58用来分散稀释水和使其充分地与石膏悬浮物相混合，使得煤灰固体向上移动，进入中间部分22。低剪力搅动器58和隔板60也可确保，石膏保留从水力分离器10中冲洗和去掉的流体。搅动器58的速度和侧隔板60相互配合，以产生某种环形流动，即从搅动器58向下朝底板14扩散，沿侧壁11向上到底壁30，从该底壁30处流体朝水力分离器10的中心转向，再向下返回到搅动器58。该基本上是环形的流动由箭头108表示。由于石膏悬浮物重复地通过搅动器58，所以，本发明的一个重要方面的内容是，搅动器58较慢地和以小的剪切速率转动，使得其不产生晶体破碎的小石膏颗粒。重要的还有，底壁30所提供的转向作用要求使所有的搅动力保持在搅动部分24中，使得水力分离器10的上部仍然不受由搅动器58提供的动能的干扰。
在搅动部分24底部的石膏通过底流出口18从水力分离器10去掉。从搅动部分24除掉的石膏纯得足以用于高质量的熟石膏和商业上的墙板用途。
已经就分离石膏和煤灰，而采用水力分离器10的一个实例，在上面予以描述。在一个实施例中，煤灰具有大约2.4-3.2范围内的比重，而在颗粒中具有大约10微米的直径。石膏具有2.32的比重，同时具有大约70微米的直径。当悬浮物的输入供给率大约是每分钟400-500加仑的流量时，水力分离器10可以用来有效地将石膏和煤灰分离。于是稀释水的供给率是每分钟100-300加仑。含有石膏的底流以大约每分钟100加仑的流量被排掉，其余流体从水力分离器10的上方去掉。当然，比流量由煤灰和石膏的精确浓度来确定，并且可以在整个过程中容易地予以调节。
采用水力分离器10的另外一个实例，是将陶土与存在在陶土中的粗砂分离。在该实例中，陶土具有通常小于15微米的颗粒尺寸，而必须与陶土分开的粗砂具有通常在44微米之上的颗粒范围。最小的粗砂颗粒的沉淀速度快于最大的陶土颗粒的沉淀速度。水力分离器10因此可以用来产生这样的上流，其让大于大约44微米的颗粒穿过上流落入搅动部分中，而将较小颗粒随着上流向上提升，以便由水力分离器10的溢流带走。在该情况下，需要的颗粒由溢流带走，而不需要的粗砂由底流带走。
在该情况下，稀释水的流率大约是每分钟25加仑，而从搅动部分24撤走粗砂的流率大约是每分钟10加仑。水或者上流从搅动部分24穿过层流部分20的净升率大约是每分钟15加仑。因此，隔板26的开孔的直径必须大约是3英尺，才能给出需要的上流，以便防止陶土落入搅动部分24。希望水力分离器10的高度大约是22英尺，以便达到足够的高度，来产生用于分离作用的均匀层流。因此，水力分离器10的层流部分20必须具有大约11英尺的直径，以便产生需要的穿过层流部分20的上升率。该示范性的应用情况，只是提供了使用带有大致尺寸的水力分离器10的一个附加实例，这些尺寸是产生用于分离细微陶土与粗砂的水力分离器10所需的。
本发明的水力分离器的另外一个可供选择的实施例示于图7中，并且总地由标号150来表示。水力分离器150包括一个大致圆筒形状的箱，该箱具有圆筒形状的侧壁151，该侧壁具有一个上端152和一个下端153。该箱的下端153由一个底板154封闭起来，以便形成一个箱。底板154可以向一个排放管156和一个底流出口158倾斜。侧板151和底板154可以由在本技术领域已知的各种适用材料中的任何材料来制造，例如铝，不锈钢，或者塑料。
水力分离器150由隔板166分成一个层流部分160和一个搅动部分164。隔板166是一个环形板，其在搅动部分164和层流部分160之间提供一个基本上在箱中心的开孔。
水力分离器150还包括一个进口170，该进口170与被分离的颗粒的颗粒源处于流体连通状态。该进口170包括一个进口管172，该管172以基本上水平的方式延伸到箱的中央，然后大约转向90度，使得进口管172基本上垂直向下转成一个竖向部分173。一个具有减速件性质的转向板174由适当的装置支承在进口管172的出口176的下方。转向板174使从进口管172输入箱中的颗粒悬浮物沿着径向向外转向，在那里，它们丧失了它们的速度，然后流过板174的外棱边，进入水力分离器150的上流中。因此，板174可防止输入的悬浮物立即引向位于层流部分160和搅动部分164之间的开孔。板174的直径优选小于隔板166上的开孔的直径，以便大多数的(如果不是全部的话)加入水力分离器150中的物料，将接触从搅动部分164流向层流部分160的上流。
水力分离器150还包括一个布置在水力分离器150上方的变速马达184。一根驱动轴186连接在马达184上，并且向下延伸到水力分离器150的中部，穿过进口管172，通过板174，进入搅动部分164。一个低剪力搅动器188连接在驱动轴186的端部，使得其完全布置在搅动部分164内，并且邻近水力分离器150的下表面154。在本发明的其他实施例中，驱动轴186可以靠近进口管172通过，并且可以承载着板174。
多个侧隔板190布置在搅动部分164中。每个侧隔板190连接在侧壁151的内表面上，并且伸入搅动部分164中。每个侧隔板190基本上是垂直的，并且可能在结构上相似于上述的侧隔板60。侧隔板190将在搅动部分164中的流体从底板154向上朝隔板166的底部引导，在隔板166的底部，流体沿着径向向内转向。
水力分离器150还包括一个布置在水力分离器150上方的出口通道192。出口通道192向溢流出口194倾斜，使得进入出口通道192的颗粒，向下朝溢流出口194流动，和脱离水力分离器150。出口通道192在结构上相似于上述的出口通道70。
在水力分离器150中的上流通过控制流体在各个部分160和164流进和流出来产生。底流出口158布置在搅动部分164中，让底流从水力分离器150泄走。稀释水或者冲水进口196也布置在搅动部分164。进口196与稀释水或者冲水水源处于有选择地，可控制地流体连通中。通过进口170和进口196的流速与出自底流出口158和溢流出口的流速相结合，可限定通过水力分离器150的上流的流速。通过控制水力分离器150的上流，以在上面就水力分离器10所述的相同方式来分离颗粒。
本发明的水力分离器的可供选择的第二实施例示于图8中，并且总地由标号200来表示。水力分离器200包括一个大致圆筒形状的箱，该箱具有圆筒侧壁211，该侧壁具有一个上端212和一个下端213。该箱在其下端由一个底板214封闭起来。底板214可以向一个排放管216和一个底流出口218倾斜。
水力分离器200由隔板226分成一个层流部分220和一个搅动部分224。隔板226包括多个基本上沿着水平方向放置的V形件228，该些V形件各具有一对连接在在共用棱边232处的支腿230，共用棱边是指向上方的，同时支腿230向下倾斜。该些V形件228基本上是平行的，在水力分离器200中处于相同的高度上。
在水力分离器200的其它实施例中，可以横向于水力分离器200加入第二层V形件228。附加层的每个V形件228布置在每对下层V形件228之间和上方。该附加层可以防止在搅动部分224和层流部分220之间建立起直接的通路。该附加的V形件228层基本上平行于下V形件228层和隔板226。在本发明的再又一个实施例中，V形件228的附加层可以相对于V形件的下层成一定角度布置。在本发明的再另外的实施例中，可以在水力分离器200上再增加V形件228的附加层，以便在水力分离器200中提供理想的屏障效果。
水力分离器200还包括一个与要分离的颗粒的颗粒源流体连通的进口240。该进口240包括一个进口管242，该进口管242水平深入水力分离器200的中心附近，向下转向大约90度，然后以一个垂直部分243向下延伸到一个进口孔口244。进口240还包括一个具有减速件性质的直接布置在进口孔口244之下的进口板246。进口板246是锥形的，该锥形板的顶部指向进口孔口244，而锥形板的底部指向下方。进口板246的作用是，当输入的悬浮物从进口管242被引入水力分离器200时，使其分散和减速。进口板246可以由任何各种已知的装置，例如从侧壁211沿着径向延伸的支承件，来支承在理想的位置上。
水力分离器200还包括布置在水力分离器200上方的变速马达254。驱动轴256连接在马达254上，向下朝水力分离器200的中部延伸，穿过或者靠近进口240，进入搅动部分224。一个低剪力搅动器258连接在驱动轴256的端部，使得其完全布置在搅动部分224中，并且靠近水力分离器200的下表面214。
多个侧隔板260布置在搅动部分224中。侧隔板260在结构上，可以与上述的侧隔板60相似或者具有相当结构，伸入搅动部分224中，以便防止或者抑制涡流在轴256的轴线附近产生。侧隔板260将在搅动部分224中的流体，从底板214向上引向隔板226，在隔板226处，流体沿着径向朝轴256向内转向。流体然后再向下回到搅动器258。
水力分离器200还包括一个布置在水力分离器200的上方的出口通道270。该出口通道270朝溢流出口272倾斜，使得进入出口通道的颗粒朝溢流出口272向下流动，并且脱离水力分离器200。
在水力分离器200中的上流通过控制流体进入和流出各个部分220，224来产生。底流出口218布置在搅动部分224中，让底流可从水力分离器200排走。稀释水会冲水进口284也布置在搅动部分224上，进口284与稀释水或者冲水水源处于可选择的，可控制的流体连通中。通过进口240和284的流速与流出底流出口218和溢流出口272的流速相结合，可限定通过水力分离器200的上流的流速。上流的流速这样来控制，使得具有快速沉淀速率的颗粒通过隔板226落入搅动部分224中，而具有较慢沉淀速率的颗粒随着上流上升，然后在溢流中流走。
本发明的水力分离器的可供选择的第三实施例示于图9中，并且总地由标号300来表示。水力分离器300包括一个箱，该箱具有一对由第一圆筒侧壁301和第二圆筒侧壁302限定的圆筒部分。壁301的直径小于壁302的直径。第一圆筒侧壁301的底部，通过一个基本水平的环形的中间壁303，连接在第二圆筒侧壁302的顶部。第二圆筒侧壁的底部由一个底板314封闭起来，以形成一个箱。底板314可以向一个排放管316和一个底流出口318倾斜。
水力分离器300由一个起隔板326作用的壁303分成一个层流部分320和一个搅动部分324。隔板326对在搅动部分324中的流体提供一种屏障，使得在搅动部分中的颗粒不易于流入层流部分320，以及防止在部分320中的层流受到干扰。
水力分离器300还包括一个与要分离的颗粒的颗粒源流体连通的进口340。该进口340包括一个进口管342，该进口管342基本上水平地深入水力分离器300的中心附近，向下转向大约90度，然后以一个垂直部分343向下延伸到一个进口孔口344。进口孔口344直接布置在具有减速件性质的进口板346的上方。进口板346的作用是，当悬浮物达到水力分离器300时，使其减速，和当输入的悬浮物被输入水力分离器300时，使其分散。进口板346可以由任何各种已知的装置，例如从侧壁301延伸的径向支承件，来支承在进口孔口344的下方。
水力分离器300还包括布置在水力分离器300上方的变速马达354。驱动轴356连接在马达354上，向下朝水力分离器300的中部延伸，穿过或者靠近进口340，进入搅动部分324。一个低剪力搅动器358连接在驱动轴356的端部，使得其完全布置在搅动部分324中，并且靠近水力分离器300的下表面314。板346可以由轴356来支承。
多个侧隔板360布置在搅动部分324中，从侧壁302延伸。侧隔板360的作用，与就本发明的其他实施例在上面所述的侧隔板相似。水力分离器300还包括一个布置在水力分离器300的上方的出口通道370。该出口通道370朝溢流出口372倾斜，使得进入出口通道370的颗粒朝溢流出口372向下流动，并且脱离水力分离器300。
在水力分离器300中的上流通过控制流体进入和流出各个部分320，324来产生。底流出口318布置在搅动部分324中，让底流可从水力分离器300排走。稀释水或者冲水进口384也布置在搅动部分324上。进口384与稀释水或者冲水水源处于可选择的，可控制的流体连通中。通过进口340和进口384的流速与流出底流出口318和溢流出口372的流速相结合，可限定通过水力分离器300的上流的流速。通过水力分离器300的上流的流速这样来控制，使得具有较快沉淀速率的颗粒穿过上流向下落入搅动部分324中，在那里，它们由底流带走。而同一上流使具有较慢沉淀速率的颗粒上升到溢流出口372。
本发明的水力分离器的可供选择的第四实施例示于图10中，并且总地由标号400来表示。水力分离器400包括一个大致圆筒形状的箱，该箱具有一个圆筒侧壁411，该侧壁具有一个上端412和一个下端413。下端413由一个底板414封闭起来，以形成一个箱。底板414可以向一个排放管416和一个底流出口418倾斜。
水力分离器400由一个圆周隔板426分成一个层流部分420和一个搅动部分424。隔板426是环形的，并且整个围绕侧壁411的内表面延伸。在图10所示的本发明的实施例中，从隔板426径向向内的圆筒形的区域，提供了一个布置在搅动部分420和层流部分424之间的中间或者过渡部分422。隔板426包括一个上壁428和一个下壁430，该上壁和下壁在它们的内棱边处由一个内壁432连接起来。上壁428，下壁430和内壁432与侧壁411配合起来，形成一个稀释水进口室433。上壁428和内壁432由多个孔434穿过，这些孔434可让稀释水或者冲水输过隔板426，在下面详细加以描述。
水力分离器400还包括一个与要分离的颗粒的颗粒源流体连通的进口440。该进口440包括一个具有减速件性质的进口箱442，该进口箱442由多个穿孔壁443制成。这些壁中至少一个壁具有实心部分444，悬浮物起初在这里被导向，如箭头445所示。悬浮物由一个进口管448引向实心部分444，该进口管448基本上水平地穿过水力分离器400，进入箱442，并且靠近实心部分444。进口440的结构使输入水力分离器400的颗粒丧失速度和动能，并且开始沉淀下来，然后才进入水力分离器400中的上流。在箱442中的进口管448可以由任何各种适当的装置支承在水力分离器400中。
水力分离器400还包括布置在水力分离器400上方的变速马达454。驱动轴456连接在马达454上，并且向下朝水力分离器400的中部延伸，穿过进口箱442，进入搅动部分424。一个低剪力搅动器458连接在驱动轴456的端部，使得其完全布置在搅动部分424中，并且靠近下表面414。
多个侧隔板460布置在搅动部分424中。侧隔板460在搅动部分424中控制流体的作用，与就本发明的其他实施例在上面所述的相似。水力分离器400还包括一个布置在水力分离器400的上方的出口通道470。该出口通道470朝溢流出口472倾斜，使得进入出口通道470的颗粒朝溢流出口472向下流动，并且脱离水力分离器400。
在水力分离器400中的上流通过控制流体进入和流出各个部分420，422和424来产生。底流出口418布置在搅动部分424中，让底流可从水力分离器400排走。设置稀释水进口484和486来让稀释水或者冲水加入水力分离器400中。第一进口484布置得靠近搅动部分424的底壁414。第一进口484可让稀释水直接加入搅动部分424中。第二进口486与室433处于流体连通中，使得稀释水可进入室433，和通过壁428或者432出去，进入中间部分422或者层流部分420。通过每个进口484和486输入水力分离器400的稀释水的量，可以根据要分离的颗粒来予以控制。通过进口440，484和486的流量与流出底流出口418和溢流出口472的流量相结合，可限定通过水力分离器400的上流的流速。该上流的流速这样来控制，使得具有较快沉淀速率的颗粒落入搅动部分424中，在那里，它们由底流带走，而使具有较慢沉淀速率的颗粒上升到溢流出口472，在那里，它们在溢流中被带走。
因此，用于使快速沉淀的颗粒与慢速沉淀的颗粒分开的改进方法和设备被简化了，提供了有效，安全，经济，和高效率地达到所有列举目的的装置和方法，为消除在先的装置和方法所遇到的困难提供了保证，并且解决了本技术领域中的问题和活得了新的结果。
在上面的描述中，为了简短，明白和理解，采用了某些术语，但是决不是意味着由其带来超出现有技术要求的不必要的限制，因为这样的术语仅仅用于描述的目的，应当给予广义的解释。
另外，本发明的描述和展示是通过举例的方式，因而本发明的范围不限于所展示和所描述的具体细节。
现在既然已经描述了本发明的特征，发现和原理，其方法和设备的构成和使用方式，结构特点，所获得的新的和有用的有利结果；新的和有用的结构，装置，部件，布置，零件和组合限定在附后的权利要求中。
权利要求
1.一种水力分离器，包括一个具有一个上端和一个下端的侧壁；一个连接在所述的侧壁的所述的下端上的底板，所述的底板关闭侧壁的底部，以形成一个箱；一个隔板，其连接在所述的箱上，从而将所述的箱分成一个搅动部分和一个层流部分；所述的搅动部分，其布置在所述的隔板之下；所述的层流部分，其布置在所述的隔板之上；所述箱具有一个第一进口，一个溢流出口，和一个底流出口；所述的溢流出口布置在所述的侧壁的所述的上端附近；所述的底流出口布置在所述的侧壁的所述的下端附近；所述的第一进口布置在所述的搅动部分之上；一个搅动器，其布置在搅动部分的；用于驱动所述的搅动器的装置。
2.如权利要求1所述的水力分离器，其特征在于，它还包括一个布置在所述的隔板的径向内部的中间部分。
3.如权利要求2所述的水力分离器，其特征在于，所述的隔板形成一个截锥形的中间部分。
4.如权利要求3所述的水力分离器，其特征在于，所述的隔板包括一个上壁和一个下壁，所述的下壁基本上垂直于所述的侧壁。
5.如权利要求1所述的水力分离器，其特征在于，所述的隔板是布置得基本上垂直于所述的侧壁的平板，所述的平板具有至少一个开孔，所述开孔在所述的搅动部分和所述的层流部分之间提供流体连通。
6.如权利要求1所述的水力分离器，其特征在于，所述的隔板包括多个隔开的V形件，各V形件基本上垂直于所述的侧壁。
7.如权利要求6所述的水力分离器，其特征在于，每个所述的V形件包括一对在一个棱边处连接的支腿，所述的支腿从所述的棱边向下倾斜开来。
8.如权利要求7所述的水力分离器，其特征在于，所述的V形件彼此平行。
9.如权利要求1所述的水力分离器，其特征在于，所述的隔板形成一个进口室。
10.如权利要求9所述的水力分离器，其特征在于，所述隔板包括多个可在所述的进口室和所述箱之间提供流体连通的穿孔。
11.如权利要求10所述的水力分离器，其特征在于，所述的隔板包括一个与下壁隔开的上壁和连接着所述的上和下壁的内棱边的内壁。
12.如权利要求9所述的水力分离器，其特征在于，它还包括一个与所述的进口室处于流体连通的稀释水进口。
13.如权利要求12所述的水力分离器，其特征在于，它还包括另外一个与所述的搅动部分处于流体连通的稀释水进口。
14.如权利要求1所述的水力分离器，其特征在于，所述的侧壁包括由一个一个中间壁连接起来的一个第一侧壁和一个第二侧壁；所述的第一侧壁布置在所述的第二侧壁之上；所述的第一侧壁的直径小于所述的第二侧壁的直径；所述的中间壁起所述的隔板的作用。
15.如权利要求14所述的水力分离器，其特征在于，所述的中间壁基本上垂直于所述的第一和第二侧壁。
16.如权利要求1所述的水力分离器，其特征在于，所述的第一进口包括一个进口管和一个减速件，所述的进口管具有一个布置在所述的减速件附近的进口孔口。
17.如权利要求16所述的水力分离器，其特征在于，所述的减速件包括一个形成一个进口室的进口侧壁，所述的进口管沿着切向连接在所述的进口侧壁上。
18.如权利要求17所述的水力分离器，其特征在于，所述的进口侧壁是圆筒形的。
19.如权利要求17所述的水力分离器，其特征在于，它还包括多个支承件，每个所述的支承件在所述的侧壁和所述的进口侧壁之间延伸，以便从所述的箱的所述的侧壁来支承所述的第一进口。
20.如权利要求16所述的水力分离器，其特征在于，所述的减速件包括一个基本上平行地布置在所述的进口孔口之下的板。
21.如权利要求20所述的水力分离器，其特征在于，所述的进口管包括一个垂直部分，所述的板布置在所述的垂直部分之下。
22.如权利要求16所述的水力分离器，其特征在于，所述的减速件包括一个布置在所述的进口孔口之下的锥形进口板。
23.如权利要求22所述的水力分离器，其特征在于，所述的进口管包括一个垂直部分，所述的进口板布置在所述的垂直部分之下。
24.如权利要求16所述的水力分离器，其特征在于，所述的减速件包括一个进口箱，该箱具有至少一个开孔和至少一个实心部分，所述的进口孔口布置在所述的实心部分附近。
25.如权利要求24所述的水力分离器，其特征在于，所述的进口箱包括多个穿孔壁。
26.如权利要求16所述的水力分离器，其特征在于，所述的第一进口基本上在所述的箱的径向中央。
27.如权利要求1所述的水力分离器，其特征在于，它还包括多个连接在所述的侧壁上并且伸入所述的搅动部分中的侧隔板。
28.如权利要求27所述的水力分离器，其特征在于，每个所述的侧隔板包括一对在一个棱边处连接起来的垂直壁，所述的连接棱边伸入所述的搅动部分中。
29.如权利要求1所述的水力分离器，其特征在于，所述的用于驱动所述的搅动器的装置布置在所述的箱的上方。
30.如权利要求29所述的水力分离器，其特征在于，所述的用于驱动所述的搅动器的装置包括一个马达，一个驱动轴，所述的驱动轴穿过所述的层流部分。
31.如权利要求1所述的水力分离器，其特征在于，所述的搅动器是低剪力搅动器。
32.如权利要求1所述的水力分离器，其特征在于，它还包括一个布置在所述的侧壁下端附近的排放管。
33.如权利要求32所述的水力分离器，其特征在于，所述的底部向所述的排放管倾斜。
34.如权利要求1所述的水力分离器，其特征在于，它还包括一个连接在所述的侧壁的所述的上端的出口通道，所述的出口通道围绕所述的侧壁的圆周延伸，并且向所述的溢流出口倾斜。
35.如权利要求34所述的水力分离器，其特征在于，所述的出口通道布置在所述的侧壁的径向外侧。
36.如权利要求1所述的水力分离器，其特征在于，它还包括一个与所述的搅动部分处于流体连通的稀释水进口。
37.一种在水力分离器中将小颗粒与大颗粒分离的方法，它包括下述步骤将颗粒悬浮物加入水力分离器中，一些颗粒具有较快的沉淀速度，而其他颗粒具有较慢的沉淀速度；将稀释水加入水力分离器的底部；从水力分离器的上部去掉物料，以便产生上流；控制上流的流速，使得具有较慢沉淀速度的颗粒由上流提升，而具有较快沉淀速度的颗粒穿过上流落下；和从水力分离器的底部去掉具有较快沉淀速度的颗粒。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，加入颗粒悬浮物的步骤包括将悬浮物引入上流，使得上流与悬浮物混合，并且由于混合的结果，使大多数的较慢沉淀的颗粒与较快沉淀的颗粒分离。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，它还包括在悬浮物已经加入水力分离器中之后立即降低悬浮物速度的步骤。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，降低悬浮物速度的步骤包括，使在输入室中的输入悬浮物产生涡流和让悬浮物在与上流混合以前向下移动的步骤。
41.如权利要求39所述的方法，其特征在于，降低悬浮物速度的步骤包括将悬浮物引向一个板以便降低悬浮物的速度的步骤。
42.如权利要求39所述的方法，其特征在于，降低悬浮物速度的步骤包括将悬浮物引入一个穿孔箱的实心部分的步骤。
43.如权利要求37所述的方法，其特征在于，它还包括控制加入稀释水和悬浮物和控制从水力分离器中去掉物料的步骤，使得上流至少在水力分离器的一部分中是层流。
44.如权利要求37所述的方法，其特征在于，它还包括在水力分离器的底部聚集较快沉淀颗粒的步骤。
45.如权利要求44所述的方法，其特征在于，它还包括搅动在水力分离器底部的较快沉淀颗粒的步骤，使得保留在较快沉淀颗粒中的任何较慢沉淀颗粒与较快沉淀颗粒分离，并且由上流带到水力分离器的上部，在那里它们被去掉。
46.如权利要求45所述的方法，其特征在于，它还包括控制搅动器速度的步骤，使得所有的在较下部分的颗粒运动起来，但是仅仅较慢沉淀颗粒由上流从水力分离器的较下部分提升，并且从较下部分向上移动到上部分，在那里它们被从水力分离器中去掉。
47.如权利要求46所述的方法，其特征在于，它还包括阻挡在水力分离器底部的物料，以便形成基本环形流型式的步骤，该环形流沿着水力分离器的底板径向向外，转为向上，然后径向向内转向。
48.如权利要求37所述的方法，其特征在于，加入颗粒悬浮物的步骤包括将沾染煤灰的石膏悬浮物加入水力分离器的步骤。
49.如权利要求37所述的方法，其特征在于，它还包括将附加稀释水加入到水力分离器的底部之上的一个位置的步骤。
50.如权利要求49所述的方法，其特征在于，加入附加稀释水的步骤包括通过穿孔壁分散附加稀释水的步骤。
全文摘要
一种用于根据沉淀速度的不同来分离颗粒的水力分离器,其包括圆筒形的侧壁,该侧壁由一个底板在其下端封闭起来。水力分离器由一个围绕侧壁的内部延伸的隔板来分成至少两个部分。一个进口布置在水力分离器的中央,稍稍高于隔板,使得被加入水力分离器的要被分离的物料落入水力分离器的完全由隔板包围的部分中。一个搅动器设置在水力分离器的下部分。
文档编号B03B5/66GK1265341SQ99122299
公开日2000年9月6日 申请日期1999年11月10日 优先权日1998年11月17日
发明者R·马克·戈莱特利, 菲利普·G·摩根, 詹姆斯·H·威廉, 约翰·W·科来奇 申请人:第一能源风险投资公司, 科丹合伙公司, 德拉沃·利姆公司