用于在超密度床中传送粉末材料的潜在流化设备的制作方法

专利名称：用于在超密度床中传送粉末材料的潜在流化设备的制作方法
用于在超密度床中传送粉末材料的潜在流化设备本发明涉及一种封闭的潜在流化设备，用于将具有可流化粉末特性的材料从一个存储区域水平或倾斜地传送至彼此分离的、通常彼此分离几百米的至少一个待被供应的区。本发明具体涉及一种封闭的潜在流化设备，用于利用粉末形式(例如，氧化铝)的产品来传输和供应“储备容量”，以从所述粉末材料的单个存储区、调节单元诸如填包机(ensacheuse)、或者生产单元诸如挤出机或一系列火法电解槽给出连续的供应。术语“可流化材料”旨在包括本领域内公知的粉末形式的所有材料，所述粒状物具有的内聚力和颗粒尺寸使得吹过粉末堆的空气的通过速率在低速下导致颗粒彼此之间的分离和内摩擦力降低。例如，所述材料包括用于火法电解的氧化铝、水泥、石膏、生石灰、熟石灰、飞尘、煤尘、盐晶体(诸如氟化钙、硫酸钠、磷酸盐等)、塑料材料聚集体、食物(诸如奶粉、面粉等)。本发明还涉及一种设计用于长距离(一般大于一千米)传送粉末材料的设备。申请人:研发并在EP 0179055中描述的粉末传输设备能够连续供应超密度相的固态粉末材料。它尤其是能有规律地并连续地向位于电解槽上部结构中的存储和分配料斗供应氧化铝。这是一个潜在流化设备。如在常规的流化中，这种设备包括位于存储区和待被供应的区之间的至少一个水平传送器，称为通风道(a6r0CanaliSati0n)，由设计用于气体循环的下通道和设计用于粉末材料和气体循环的上通道组成，这两个通道由一个多孔壁隔离，所述气体可以通过所述多孔壁。下通道通过至少一个馈送管道来供应气体。与常规流化中发生的情况相反的是，粉末材料完全填充传送器的上通道，并且传送器设有至少一个部分填充有粉末材料的平衡柱，固体/气体悬浮物的填充高度平衡气体压力。所述平衡柱使得能够产生粉末材料潜在流化的条件。由于极低的气体流率，几乎没有被搅动的粉末出现在超密度床形式的通风道中。为了更好地理解潜在流化，需要回想常规流化的概念，常规流化通常被用于传送粉末材料，例如在US 4016053中描述。流化中所用的设备同样包括通风道，诸如之前所述。流化气体以给定压力Pf被引入下通道，穿过所述多孔壁，接着穿过静止的形成待流化层的粉末材料颗粒之间。不同于EP 0179055中描述的潜在流化设备，该静止层的厚度远低于所述传送器的上通道的高度，即，不存在任何的流化气体喷射，粉末材料仅部分填充水平传送器的上通道。通过加以高的气体流率，所述颗粒被置于运动中且被升起，每个颗粒失去与邻近颗粒的永久接触点。通过这种方式，颗粒之间的空隙空间增大，颗粒之间的内摩擦降低，并且这些颗粒进入动态悬浮状态。由此，粉末材料的初始空间增大，相关地，因为形成了固相在气相中的悬浮物，表观密度降低。因此，相比于诸如EP 0179055中描述的潜在流化中遇到的情况——此处提及超密度相，材料的表观密度降低。术语“密度相”通常用于高压下的气动传输。超密度相是潜在流化的特征。为了明确所述概念，可考虑，例如在氧化铝Al2O3的情况下，固/气比在密度相气动传输中约为10至150kg Al2O3Ag空气，在超密度相潜在流化传输中约为750至950kgAl203/kg空气。因此，超密度相使得能够以极高固/气浓度传输粉末固体，明显高于气动传输中的密度相。在潜在流化的情况下，即使没有气体喷射的情况下，粉末材料可几乎完全填充上通道。当气体被引入下通道时，平衡柱部分填充有占据上通道的粉末材料，所达到的压头(hauteur manon^trique)平衡了压力Pf并防止颗粒之间空隙的任何增加。因此，平衡柱的存在防止水平传送器中的粉末材料的流化，并导致所述材料具有超密度潜在流化床的表观。另外，由于颗粒之间的空隙距离不增加，介质到以压力Pf引入的气体的渗透性极低，并限制气体以非常低的水平流动。这种穿过平衡柱的低速气体流动称为“脱气”。例如，在US4016053描述的装置中，对应于SOmbar的流化压力Pf并导致粉末形式的氧化铝流化的循环气体的速率是约33. 10_3m. s—1，而在EP 0179055中的潜在流化设备中，循环气体的速率仅约4. 10 . s—1。这一速率太低，以至于不能使氧化铝在整个传送器中流化。这里没有流化，但适于提到潜在流化当在通风道中没有材料的永久循环时，一旦有对粉末材料的需要即出现接连坍塌Gboulement)导致的流动，例如当待被供应的所述区的水平降低到低于临界值。当存储在待被供应的区中的材料的连续消耗使得材料的水平降低到低于供应通道的开口时，一定量的粉末材料从通道逸出，产生的“真空”由材料坍塌填充；这种坍塌带动了另一上游并因此逐步地在通风道中朝向存储器溯流向上重复。潜在流化超密度床传送设备，如在EP 0179055中描述的设备，被广泛使用，尤其是用于供应目前用于通过火法电解生产铝的装置的罐。专利EP-B-1086035记载对之前设备的改进，其中通风道的上通道的上部在特定部位设有屏障，例如，以垂直于所述上部的壁的扁钢(fer plat)的形式，这有助于在通风道的上通道的上部，当所述通风道供应有潜在流化压力下的流化气体时，产生并耐久地保持相邻的其内具有气泡压力的气泡。申请人确实注意到处于压力下的气泡的产生能够使通风道的运行更稳定。在国际专利申请W02009/010667中，申请人指出了这样的设备可在运输期间以粉末材料离析(s6gr6gati0n)的最小风险而被使用的优化条件。考虑到这种类型的设备的巨大成功，尤其是其几乎系统地应用在目前大部分铝电解装置中，申请人旨在进一步改进由超密度相传送提供的方案。具体地，申请人进行了设计用于测试系统限制的实验，以更好地确定哪些参数是重要的，以使通风道的使用条件不那么严格，并简化它们的设计和制造。本发明的主题是一种用于在供应区(通常是粉末材料的存储区)和至少一个待被供应的区之间传输粉末材料的设备，其包括传送器，称为“通风道”，该传送器包括下通道和上通道，下通道被设计用于气体循环，上通道被设计用于粉末材料和所述气体的循环，所述下通道和所述上通道由多孔壁分隔，所述气体可以穿过所述多孔壁，下通道被连接至气体供应管道，该气体供应管道能够以压力向所述下通道供应气体，所述压力允许所述粉末材料在所述上通道中的潜在流化；这一压力随后被称为“潜在流化压力”，或者，更简单地，“流化压力”，所述上通道在上部设有横向壁，形成所述气体和所述粉末材料循环的阻碍，所述横向壁被布置为使得它们与所述上通道的上壁形成至少一个空间，在该空间中由于使所述通风道处于潜在流化压力下而形成处于压力下的气泡，所述气泡中的压力被称为“气泡压力”，所述设备的特征在于在至少一个气泡的水平处，优选在每个气泡的水平处，上通道的壁设有移除流化气体的装置，其使气泡连接至外部环境，通常是环境空气，或者是设计用于处理收集在电解槽上方的气体的设备(气体处理中心或“CTG”)，并包括产生压降的装置，其产生了基本恒定的压降，或压力损失。所述压降被限定在这样的值，该值使得如果气体被移除至压力基本恒定的外部环境(例如，处于大气压力下的环境空气)，所述气泡压力自身保持在基本恒定的值，该值的范围在流化压力和所述外部环境的压力之间。申请人:采取实验室测试，以检测EP 1086035中描述的系统的工作限制。具体地，实施了一些测试，以更好地确定发生在平衡柱中的现象。由顶端带有平衡柱的流化柱表示的通风道的侧壁的其中之一是透明的，这使得能够观察上通道和平衡柱中粉末材料的表现。因此，能够注意到平衡柱中湍流模式使得尤其是平衡柱中存在的较高水平的粉末材料变动且这干扰了所述平衡柱附近的通风道中的所述床。逸出阀(varme de fuite)额外地被设置在上通道的上壁上，以尽可能使气泡中的压力在更宽的范围内，而不需改变向下通道供应流化气体的风扇的运行。在这些测试期间，申请人惊奇地注意到，开启逸出阀能够稳定所述柱中上部水平的粉末材料，意味着所述柱的上部水平的高度变化幅度非常显著地降低。在另外后面的被设计用于模拟设有分隔多个气泡的屏障的通风道的测试中，申请人采用该上通道的上部装备有逸出阀的构思申请人惊奇地注意到，这也防止上通道中潜在流化床的表面上的高幅度变动的表观。以这种方式，通过在每个气泡的水平处在通风道的上通道的上部装备逸出阀，申请人意识到由于该阀引起的压降能够以尤其有效的方式稳定气泡压力、平衡柱中粉末材料的水平，以及更一般地，稳定粉末材料的流动。通过这种认知，申请人思考如果这种逸出阀可以完全实现平衡柱所具有的作用，即，平衡潜在流化气体的压力Pf，那么使用这种逸出阀是否能使平衡柱的数量减少，或者甚至完全不需要这些平衡柱。在一些后期测试中，申请人能够确认这一直觉能够操作没有平衡柱的通风道通过潜在流化实现运输超密度相的粉末材料所需要的是用逸出阀替代所述平衡柱，或者更广泛地，通过任何产生基本恒定压降的装置，所述恒定压降的预定值使得借助在下通道中的基本恒定的流化压力Pf和借助基本恒定的外部压力Pa能够保持气泡压力Pb处于稳定值，该稳定值处于使粉末材料流动的优化值范围内，在Pa和Pf之间。换句话说，本发明的设备在至少一个气泡的水平处一优选在每个气泡的水平处——包括产生压降的装置，而不论是否设有平衡柱。在第一种情况下，所述产生压降的装置主要起稳定悬浮物(粉末材料+气体)水平的作用，所述悬浮物位于平衡柱中且平衡流化压力。在第二种情况下，其还起储备用于平衡柱的作用。另外，在没有平衡柱的情况下，对于相同的压力源，能够达到更高的气泡压力，并因此对于相同量的能量消耗能增加传送器的运输能力。明显地，气泡压力更高但不能到达流化压力的水平，因为气体一方面在穿过多孔壁时压力降低，并且另一方面还在流过流化床中的颗粒时压力降低。第一种情况(具有平衡柱)对应于现有工业系统的改进，或者相比于现有技术，传送器设有很有限的平衡柱，例如，传送器的特征在于它们每20米设有一个平衡柱，而非每6米设有一个平衡柱。第二种情况对应于新的传送器，其特征在于完全没有平衡柱。本发明的设备的优势是能够控制气泡压力的水平和流化气体的出口速率水平。在平衡柱中，粉末材料/气体悬浮物起压力计的作用通过其密度和体积(由柱的高度表示)，其平衡上通道中的压力。平衡柱中材料的压力计效果是一个主要的优点，其说明了这种类型设备的成功之所在，但其也有使气泡压力主要依赖于流化压力的劣势，这使得气泡压力仅可以通过改变流化压力而变化。通过移除平衡柱并将其替换为产生受控压降(设定为预定值)的装置，可以更直接地改变气泡压力，而无需改变流化压力，使得传送器的使用条件更为灵活。有利地，尤其是为了避免由移除的流化气体夹带的微细粉末材料颗粒引起的所述外部环境的污染，所述移除流化气体的装置还设有至少一个固/气分离设备。显然，这种固/气分离设备自身可产生压降，这有必要加以考虑从而适当地设置所述产生压降的装置。“产生压降的装置”表示a)简单的开口，或“隔膜(diaphragme)”，其邻近由所述气泡占据的空间的封套，例如该开口被设置在上通道的上壁中，该开口的直径对应于适于期望气泡压力的压降；所述开口可以是用于引导所述气体至所述外部环境的出口管道的入口开口；b)逸出阀，该逸出阀具有可变直径的开口，由此能够在改变气体经受的压降同时将其移除，并由此改变气泡压力；C)文丘里管计；d)至少一个固/气分离器，通常在这一领域内是必须的，例如旋风器类型的设备，其中充有固态颗粒的气体通过所述设备内、相对于基本圆柱形壁的侧面喷射被引入离心驱动但由所述圆柱形壁止动的固态颗粒失去动能，借助重力降落，并被收集在所述圆柱形壁的基底，待通过所述设备的底部移除。在本发明的优选实施方案中，选定产生压降的装置，其包括至少一个设在上通道上部的固/气分离设备，使得由所述设备截留的固态颗粒可以在悬浮物中直接被移除。为此，用于移除由所述设备截留的固态颗粒的管道具有这样的长度，该长度被限定为使得在悬浮物处于潜在流化的状态时，管道的底端插入所述悬浮物。通常，标准旋风器的上部具有圆柱形壁和向下汇聚的锥形壁，所述圆柱形壁的内表面被设计为接收悬浮物侧面喷射，锥形壁将所述圆柱形壁的底端连接至圆柱形移除管道，该圆柱形管道具有移除的固态颗粒通过的开口。如果使用标准的旋风器，其被布置在通风道的上通道，使得圆柱形管道的底端插入潜在流化状态的悬浮物中。在本发明中，优选使用较简单的旋风器型设备，这意味着，其没有汇聚的锥形壁圆柱形壁和移除管道具有单独的相同的底端插入潜在流化状态的悬浮物中的圆柱形壁。有利地，为了满足不断提高的环境保护需求，至少两个旋风器类型的设备被串联组装在流化气体移除线路中，这使得能够更好地对所述气体去尘，意味着当气体离开时，其几乎不包含大于3微米的固态颗粒。所述一个或多个旋风器类型的设备可以是标准的旋风器，其在所述圆柱形管道的基底具有汇聚的锥形壁，但优选选定专门的旋风器，其具有底部被直接插入悬浮物中的圆柱形壁。借助本发明的设备，由于飞脱(envolement)造成的损失被显著降低。实际上，现有技术的平衡柱中的湍流模式使得由于飞脱而携带大量颗粒。申请人注意到稳定平衡柱(如果有的话)中粉末材料的上部水平的事实，以及稳定上通道中的潜在流化床的上部水平的事实，使得能够在设备使用的通常条件下几乎完全消除颗粒的飞脱，这些颗粒的尺寸通常大于5微米。然而，尽管这具有不可争议的优势，但似乎并不可能仅通过产生压降的装置来消除微米和纳米级的微细颗粒的飞脱，且使所述产生压降的装置与额外的固/气分离装置相关联被证明通常是必要的。在平衡柱被取消的情况下，或者它们的数量减少的情况下，本发明还具有这样的优势，本发明既简化了通风道的设计和制造，又降低了能耗，因为流化压力可以通过使每个 气泡中的气泡压力更接近于所述流化压力来更为有效地利用。所述产生压降的装置包括至少一个具有预定截面的开口，其尺寸使得能够产生需 要的压降。如果开口是流化气体的仅有的出口，有利的是，以这样的开口直径为目标，所述 开口直径允许泄漏流量(d6bit de fuite)至少等于S. uf,其中S是对应于相关的气泡的多 孔壁的部分的表面，其中％是流化速率。通常，对于诸如冶金的氧化铝的材料，流化速率在 5至15mm. s—1的范围内。因此，对于相应于给定气泡的通风道的一部分——我们下文称为 “箱”——，已知多孔壁的截面，相应于流量S. uf的气体出口流量可以由此被推断出并且由 此限定开口的直径，因为对于给定的开口直径，水力学的常规定律使得能够找到压降和泄 漏流量之间的关系。通过开口的压降基本与穿过所述开口的气体泄漏质量流量的平方成正比，并由以 下方程式限定
权利要求
1.用于在供应区(1)和至少一个待被供应的区之间传输粉末材料(12)的设备，其包括传送器(3 )，称为“通风道”，该传送器包括下通道(6 )和上通道(7 )，下通道被设计用于气体循环，上通道被设计用于粉末材料和所述气体的循环，所述下通道和所述上通道由多孔壁(5)分隔，所述气体能够穿过所述多孔壁，所述下通道被连接至气体供应管道(8)，该气体供应管道能够以压力Pf向所述下通道供应气体，该压力使得所述粉末材料在所述上通道中潜在流化；这一压力被称为“流化压力”，所述上通道在上部设有横向壁(50、51、52 ；53 ；50. i、50. n)，形成所述气体和所述粉末材料循环的阻碍，所述横向壁被布置为使得它们与所述上通道的上壁形成至少一个空间，在该空间中，由使所述通风道处于潜在流化压力下而以给定的气泡压力形成处于压力下的气泡(20. 1、20.2 ;20. i,20. (i+1 )、20. n)，所述通风道由箱组成，每个箱对应于一个给定的气泡，所述设备的特征在于在至少一个气泡的水平处，所述上通道的壁设有移除流化气体的装置，其使所述气泡连接至外部环境并包括产生压降的装置(100. 1、100· 2 ；110. 1,110. 2 ；120. 1,120. 2 ；130,61,62 ； 140. i、140. (i+l)、140. η),所述产生压降的装置产生基本恒定的压降。
2.权利要求1的设备，其特征在于产生压降的装置被设计为使得由所述装置产生的所述基本恒定的压降限定在这样的值，该值使得如果所述外部环境中的压力基本恒定，则所述气泡压力自身保持在基本恒定的值，该值的范围在流化压力Pf和所述外部环境的压力之间。
3.权利要求1或2的设备，其特征在于在每个气泡(20.1,20.2,...…、20. i、20. (i+1)、……、20. η)的水平处，所述上通道的壁设有移除流化气体的装置，其使所述上通道连接至所述外部环境并包括产生基本恒定压降的产生压降的装置。
4.权利要求1至3中任一项的设备，其特征在于该设备没有平衡柱(4.1,4. 2)，即，上端部通向外部环境的柱，且该柱填充有粉末材料，使得当将所述通风道置于潜在流化压力下时，包括填充所述平衡柱的气体和粉末材料的悬浮物具有使得能够平衡所述上通道中的压力的填充高度。
5.权利要求1至4中任一项的设备，其特征在于所述移除的装置包括至少一个固/气分尚器。
6.权利要求1至4中任一项的设备，其特征在于所述移除的装置是所述产生压降的装置，且具有邻近于由所述气泡占据的空间的封套的开口(100. 1、100.2)的形式，该开口的直径对应于适于期望气泡压力的压降。
7.权利要求1至5中任一项的设备，其特征在于所述移除流化气体的装置是管道(30. 1,30. 2)，其在气泡水平处——通常位于所述上通道的上壁——进入所述上通道，所述产生压降的装置是所述管道的入口开口(110. 1、110. 2)，该开口的直径对应于适于期望气泡压力的压降。
8.权利要求7的设备，其特征在于所述管道(30.1,30. 2)设有逸出阀(120. 1、120. 2)，该逸出阀具有可变直径的开口，由此使得能够在气体移除时改变其经受的压降。
9.权利要求5的设备，其特征在于所述移除流化气体的装置包括腔(60)，该腔在上通道(7)的上部形成，且在所述腔内存在所述固/气分离设备。
10.权利要求9的设备，其中所述固/气分离设备(61)是旋风器的类型，且包括用于移除由所述设备截留的固态颗粒的管，该管的长度被限定为当悬浮物处于潜在流化的状态时，使得该管的底端插入所述悬浮物。
11.权利要求9或10的设备，其中所述固/气分离设备(61)包括入口管道和基本圆柱形壁(610)，所述入口管道被制成为使得充有固态颗粒的气体切线地到达所述基本圆柱形壁，所述基本圆柱形壁的高度被限定为使得当所述上通道的悬浮物(12’)处于潜在流化状态时其底部插入所述悬浮物(12’)。
12.权利要求9至11中任一项的设备，其中所述固/气分离设备具有用于充有固态颗粒的气体的入口开口(130)，该开口的直径被计算为使得待被去尘的气体的进入速率的范围在2至40m/s之间，所述设备被设计为使得适于使所述分离设备正确运行的所述入口开口的直径有助于旨在到达需要的气泡压力的总压降。
13.权利要求12的设备，其中所述固/气分离设备的出口管道(31)设有逸出阀(131)，该逸出阀的可变开口使得能够控制所述气泡压力Pbl。
14.权利要求9至13中任一项的设备，其中所述固/气分离设备由多个串联组装的旋风器类型的设备(61、62)构成。
15.权利要求1至14中任一项的设备，其特征在于该设备包括端部箱(300)，该端部箱设有向上导向的基本竖直的端部柱(9’)，该端部柱中的粉末材料能够由于流化气体压力而上升，旁路9”允许所述粉末材料被倒卸，所述旁路(9”)在略高于所述上通道(7)的上壁(14)的高度被连接至所述端部柱(9’)，且该高度被选定为使得分支能位于包括粉末材料和气体的所述悬浮物的上部水平(15. 3)下方。
16.权利要求15的设备，其中上壁(14’)置于所述端部柱(9’)顶上，该上壁设有产生压降的装置，使得处于压力下的气泡能够在给定气泡压力下在所述上壁下方形成。
17.权利要求15或16的设备，其中在所述端部箱(300)的水平处，所述下通道的区(6. 2)被单独地供应流化气体，以得到不同于所述下通道其余部分(6. 1)的压力Pfl的流化压力Pf2。
18.权利要求15至17中任一项的设备，其中所述端部箱(300)的所述上通道的底部还设有略高于所述多孔壁(5)定位的移除装置。
19.权利要求1至18中任一项的设备，其特征在于所述上通道(7)被分隔为使得其具有η个处于各自压力pbi下的相邻的气泡(20. 1、……、20. i、……、20. n)，i从1变化到n，所述上通道(7)的上壁(14)设有分隔所述气泡的屏障(50. i、50.n)，每个相关的气泡(20.i，i=l至η)设有产生压降的装置，诸如逸出阀(140. i)；以及，其特征在于对应于两个相邻气泡(20. i,20. (i+1))的所述上通道(7)的至少两个隔间设有产生压降的装置(140. i、140. (i+1))，使得下游气泡(20. i)出口处的压降大于上游气泡(20. (i+1))的出口处的压降；以及，其特征在于在所述相邻气泡之间形成通路，该通路使得能够补偿所述相邻气泡的移除装置的泄漏流量之间的差异，所述通路具有的截面使得流化气体以接近或低于流化速率的速率穿过该通路。
20.权利要求19的设备，其中所述通路是位于所述通风道上的倒U形管道(150.i)，使得该U形的分支位于分隔所述相邻气泡(20. i和20. (i+Ι))的所述屏障(50. i)的两侧，所述U形的分支具有足够的长度，以使它们的端部进入潜在流化悬浮物。
全文摘要
用于传输粉末材料(12)的设备，其包括传送器(3)，该传送器包括下通道(6)和上通道(7)，下通道用于气体循环，上通道被设计用于粉末材料和所述气体的循环，所述下通道和所述上通道由多孔壁(5)分隔，所述气体能穿过所述多孔壁，所述下通道被以一压力供应有气体，所述压力允许所述粉末材料在所述上通道中的潜在流化，所述上通道在上部设有横向壁(50.)，其布置为使得它们与所述上通道的上壁限定至少一个顶部区，在该顶部区中由于使所述通风道处于潜在流化压力下而形成压力下的气泡(20.1、20.2)。在由此形成的至少一个气泡的水平处，上通道的壁设有移除流化气体的装置，其设有产生压降(120.1、120.2)的装置，该装置产生基本恒定的压降。
文档编号B65G53/16GK102596769SQ201080050542
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月19日 优先权日2009年11月9日
发明者G·佩蒂特, J-M·劳塞奥克斯, M·赫马提 申请人:力拓艾尔坎国际有限公司