CN101939574B - 用于供给细颗粒状物质的管阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管阀，用于输出细颗粒状物质，优选保持65-90％干物质含量水平的干石灰泥，其中该管阀包括设置在压力腔室内的挠性内管，所述压力腔室围绕所述挠性内管。根据本发明，管阀14用作加压过程的出口工具。该管阀具有两倍于管的直径的最小长度，并且石灰泥柱可被保持在该管阀中作为压力锁；并且通过控制管的内表面和外表面之间的压差使得管的直径沿其长度大体均匀地膨胀5％-10％或至少4-6毫米，能够使石灰泥柱经由管阀下落。

Description

用于供给细颗粒状物质的管阀
技术领域
本发明涉及一种管阀，其用于输出细颗粒状材料，优选保持65-90％干物质含量水平的干石灰泥，其中该管阀包括设置在压力腔室内的挠性内管，所述压力腔室围绕所述挠性内管。
背景技术
绿液是苛化过程中的过程液体，绿液主要由碳酸钠组成。绿液在苛化过程中与生石灰发生反应，由此形成碳酸钙(石灰泥)以及氢氧化钠(白液)。白液在管状过滤器或盘形过滤器中被过滤，其中这些过滤器(尤其是盘形过滤器)通常为加压型过滤器。所获得的白液在用于蒸煮制浆木片的硫酸盐处理中被重新使用。从过滤器得到的石灰泥最后被燃烧，以便重新组成(reform)生石灰。
如Chemical Pulping(化学制浆)，Book 6B，ISBN952-5216-06-3中白液制备部分(pp.B133-B202)中所描述的，传统上，石灰泥在白液过滤器之后被处理，使得其形成为35％-40％浓度的浆，并储存在储存箱中，从而确保石灰泥被稳定地供给到石灰窑。已成浆的石灰泥被从这些储存箱抽吸到恰好设置在石灰窑之前的石灰泥脱水器，在此石灰泥发生脱水而达到65-90％的干物质含量水平。脱水通常在大气鼓式过滤器(atmospheric drum filter)中进行，并且从脱水过滤器刮下的石灰泥在输送带上被输送到石灰窑。这就需要许多不必要的操作及采用成渣装置、储存箱和脱水器形式的一定量的不必要的设备。
在用于液体悬浮液的连续操作的过滤装置中，例如，在SE-C，463771(相当于US 4,929,355)中描述的过滤装置中，在过滤介质上形成石灰泥形式的滤饼。这种石灰泥被用刮刀(通称“刀”)刮掉，并下落到接收滑道(receptionchute)中，在接收滑道中还进行与稀释液的稀释，以便可向前输送石灰泥。在一个实施例中，在所述SE-C 463771中示出的输出螺杆正好位于接收滑道之后，该输出螺杆将石灰泥向前供给到闸(sluice)。在所示的第二实施例中，闸为储存箱的形式，在该储存箱中液面高度可被监控，在该储存箱中设有机械搅拌器。
在US 5,151,176中示出了与储存箱和机械搅拌器对应的方案。储存箱和机械搅拌器也用在带有管状过滤器的其它应用中(参见US 4,264,445)，以便处理从加压的管状过滤器中移除的滤饼。已认识到，需要体积庞大的储存箱和设置在该储存箱内的机械搅拌器，以便能够使石灰泥与所添加的稀释液很好地混合并防止石灰泥沉淀。
在WO 97/22752中示出了来自Larox OY的可替代的***，其中石灰泥从正好设置在苛化容器之后的白液过滤器中分离出来。在此，石灰泥储存在特殊的中间储仓(silo)中，所述中间储仓设计成使得处于干燥状态的石灰泥可被直接供给到石灰窑。通过这种***可避免石灰泥形成中间浆，并且在干石灰泥被供给到石灰窑之前未设有石灰泥的脱水器。
因此，如传统技术所述，可在石灰泥被从浆状的含泥的液体混合物中分离之后处理石灰泥，或者可在石灰泥的干燥状态(其中干物质含量水平为70％-80％)下处理石灰泥。传统技术毫无必要的成本昂贵，这是因为其需要多个附加阶段，例如，浆状石灰泥在储仓中的中间储存，伴随着连续的搅拌以及随后的脱水。
由于石灰泥会产生灰尘并且在回收过程中引起环境问题，所以处理干石灰泥会涉及非常严重的问题；并且由于干石灰泥表现得如同研磨粉那样，所以其还会严重磨损加工设备。这种磨损意味着来自加压的过滤过程的干石灰泥所用的处理设备不能构建为使用具有公差较小的机械密封装置的加压闸，因为这些零件磨损非常快。此外，干石灰泥难以处理，因为石灰泥有堵塞储仓和管***的趋势。出于这个原因，通常在开放***中处理干石灰泥，所述开放***在输送带或类似装置上将石灰泥供给到石灰窑。此外，这些***必须能够以均匀的流将石灰泥供给到石灰窑，因为如果石灰窑未被均匀填充至遍及石灰窑的程度，石灰窑能够很容易通过燃烧损坏陶瓷内衬。通常，通过减小石灰窑中的燃烧装置的动力抵消在石灰泥供给过程中的干扰，从而防止石灰窑的未适当填充的部分暴露于过高的热负载。
本发明涉及细颗粒状物质的处理，细颗粒状物质表示颗粒尺寸小于1,000微米(＜0.1cm)的物质，优选为小于100微米的物质，其中该物质形成紧密填塞的结构(tightly packed structure)，跨越通过填塞此类物质形成的台体(bed)上具有非常大的压差。优先关心的是干石灰泥的排出，其表现与水泥颗粒或粉末的表现相似，并且其中，当台体构成时，这种细颗粒状物质形成紧凑的块。
发明内容
本发明基于这样一种见识，即：特定的管阀可用作加压过程的出口闸，细颗粒状物质从该出口闸排出，而否则的话所述细颗粒状物质具有堵塞出口的趋势。通过将细颗粒状物质保持为统一的柱，形成功能性压力锁，从而确保在由通过出口的泄漏引起的损失最小的情况下，加压过程能够保持其工作压力。
采用管阀的结构设计形式的本发明目的在于提供一种用于加压过程的细颗粒状物质的输出***，其中：
·通过出口的压力损失被最小化
·形成堵塞物(plug)的趋势可被监控并利用
·可建立压力锁，而不会使石灰泥中的细颗粒状物质形成到浆中(不必建立捕液器)。
另一目的在于使得可在清洁石灰泥的应用期间将干石灰泥直接供给到石灰窑。
一种管阀，用于输出细颗粒状物质，其保持65-90％的干物质含量水平的干石灰泥，其中所述管阀包括设置在管阀壳体内的挠性内管，其特征在于，
a)所述挠性内管的最小长度SL_Min与所述挠性内管的直径SD的关系为：2*SD＜SL_Min＜5*SD；以及
b)所述管阀壳体与挠性内管之间形成压力腔室，所述挠性内管在其端部被固定设置在所述管阀壳体，在位于所述管阀壳体的端部的两个锚固点之间受到轴向拉伸预应力的作用，其中所述挠性内管在无负载且未安装状态时比所述挠性内管在安装状态时长度短3-10％，由此所述挠性内管获得呈沙漏形的腰部；以及
c)所述压力腔室通过连接件连接至调节装置，所述调节装置能够将所述压力腔室中的压力从第一压力调节至第二压力，所述第一压力基本上等于在所述挠性内管中已经建立的压力，所述第二压力低于在所述挠性内管中已经建立的压力。
通过随后的专利权利要求书和以下对某些假定实施例的描述，本发明的其它特性、方面以及优点将变得清楚。
附图说明
图1从原理上示出了根据本发明的***；
图2示出了根据本发明的管阀。
具体实施方式
图1示出了具有加压式盘形过滤器1的***，石灰泥的浆状混合物LS被供给至该加压式盘形过滤器1。该过滤器中存在多个过滤器盘2，过滤器的内部经由空心轴3而处于负压下，该空心轴将液体排出到储液箱8中，而石灰泥层则贴附到过滤器盘的表面。通过泵9建立压差，泵9对储液箱的气相实施抽吸作用并经由管线11对这些盘加压。跨越所述盘的滤网建立的压差约为1-1.5巴的数量级。
在过滤器为石灰泥洗涤器的情况下，液体常常由稀液组成，其中，该稀液包含可能存在于石灰泥混合物LS中的残余碱，并该稀液可用清洗液来稀释，所述清洗液被以传统方式喷洒到过滤器盘上。
已应用到过滤器盘2的干石灰泥可以用刀5(刮刀)按传统的方式刮掉，这些刀5设置成距离过滤器盘2的表面一定距离。这些刀5通常位于距盘的过滤表面一定距离的位置，使得在盘上形成滤饼，其随后在滤网上形成滤料层，由此改进了过滤效果。通过使用高压喷嘴深度清洗正好进入滤网中的滤饼上的痕迹(track)，可在给定的时间重新产生这种滤料层。也可通过向过滤器盘移动并使滤饼的厚度减至最小程度的刀来重新生成滤饼的一部分厚度，刀随后返回到它的初始位置。每次一个盘可以按这种方式经受滤料层的部分的重新生成。清洗过滤器的第二种可替代的方案为传统的反向吹送，可以每次对一个盘进行反向吹送或者同时对所有的盘进行反向吹送。
干石灰泥保持大约65-90％的干物质含量水平，干石灰泥下落到第一接收滑道4中。在每个刀5和过滤器盘2下方设有一个第一接收滑道4。
第一接收滑道的下部连接到收集管6，收集管6基本水平，并且收集管6中设有由马达M1驱动的第一传输螺杆7。于是，干石灰泥被向前供给至形成于第一传输螺杆之后的立轴中的保压出口闸，该立轴中设有管阀14和闸供给设备13。优选的是，堵塞物破碎器(plug-breaker)12与立轴的上部相关地设置于收集管6的端部。堵塞物破碎器用于精细地分离所形成的任何团块(lump)或堵塞物，并以这种方式确保对滑道的供给。堵塞物破碎器12可由固定的钉栓(peg)组成或者由沿与进给螺杆7相反方向旋转的堵塞物破碎器组成。在这种情况下，堵塞物破碎器可设有多个翼状件，所述翼状件对由进给螺杆7供向堵塞物破碎器12的堵塞物进行破碎。堵塞物破碎器可具有其自身的连续的主动驱动(active drive)，或者堵塞物破碎器可通过反向齿轮箱由进给螺杆的轴驱动。
使用管阀14(其在图2中被更详细地示出)以及闸供给设备(sluice feed)13，以便确保压力锁的建立。闸供给设备确保在管阀中建立石灰泥的一定的最小高度。管阀中所建立的、具有细颗粒状物质的紧密填塞的石灰泥柱导致压力显著下降，并用作压力锁。在测试期间已被证明的情况是：保持高度为2-3公寸的石灰泥柱的、直径为80-120mm的管阀自身能够保持1-1.5巴的压差。建立压力锁所需的柱的高度为滑道直径的函数，因此所需的柱的高度随滑道的直径成比例地增加，其中所需的柱的高度至少为直径的两倍。
优选地，由马达M2驱动的旋转式闸供给设备13也设置在管阀的下方，以便确保石灰泥柱不会以非受控制的方式从管阀中流出。优选的是，该闸供给设备具有3-5个凹部(pocket)，其中凹部的数量与闸供给设备的尺寸(即，容量)成比例。该旋转式闸供给设备主要确保可在启动阶段(sequence)构建石灰泥柱，并确保当管阀释放其在石灰泥柱周围的夹持力(grip)时石灰泥柱不会以非受控制的方式从管阀14释放。因此，可使用其它类型的闸。可替代的是，可使用仅在启动阶段期间保持闭合的简易膜片阀来在管阀中建立石灰泥柱。
石灰泥在闸供给设备之后下落到由马达M3驱动的第二传输螺杆15中，其将闭合的传输螺杆中的石灰泥直接供给到石灰窑MO。
在特殊情况下，管阀14可在没有闸供给设备13的情况下进行工作，但在这种情况下，传输螺杆15在启动阶段期间保持静止，同时在管阀中形成石灰泥柱。如果管阀被间歇地启动，则可使得已构建成的石灰泥柱以间歇向下的运动穿过管阀下降，其中管阀交替地夹持及释放石灰泥柱。
将参照图2更详细地描述本发明的管阀14，在图2中详细地示出了管阀。管阀14经由上凸缘联接件140a和下凸缘联接件140b，而设置在第一传输螺杆的出口与闸供给设备13之间。
适合的是管适配器146可被***到管阀14中，其中管适配器的内径大体对应于管阀在管充分膨胀时(即，已在管的内表面与外表面之间建立最大压差时)的内径。管阀应安装成具有轴向拉伸预应力，以便其实现所期望的功能。管阀以这种方式获得呈沙漏形的腰部。
在上夹紧环144a和下夹紧环144b的帮助下，挠性内管142在管阀的壳体141中保持张紧，同时内管经受轴向应力。优选的是，挠性内管在处于无负载的初始状态下时比其处于安装状态时的内管两端之间的距离短3-10％。
按照这种方式，在管阀的壳体141与内管142之间形成呈环形间隙形式的压力腔室145。
当内管142最大程度地膨胀时，内管142将与壳体141形成接触，并且壳体以这种方式防止管达到大于滑道的出口直径并可能导致形成堵塞物的局部膨胀。
适合的是挠性内管142可由天然橡胶或耐石灰泥磨损的类似的弹性材料制成。
如果管内具有与存在于管142外部的压力相同的压力，则该预应力使得能够实现其中管建立如图2所示的柔和的沙漏形式的初始状态。当管外部的压力随后降低时，由预应力引起的膨胀在附连部位(point)之间沿其整个长度同心地、均匀地进行，而不存在管142经受局部变形的风险。
适合的是管阀具有远超过该管阀的内径的构建高度，因为该管阀用于保持由细颗粒状物质构成的柱，所述由细颗粒状物质构成的柱同时形成压力锁。
管阀的最小长度/SL_Min(对于图2所示的构建高度)相对于管阀的直径/SD位于以下区间内：
2*SD＜SL_Min＜5*SD
如果处于初始状态(当内部与外部之间无压差时)的管阀具有刚超过10厘米的内径，管在安装状态中的总长约为30-40厘米。在管142的外部具有至少一个到可调节的压力源的连接件143a/143b，以便其可调节管阀。例如，连接件143a可连接到大气，并且连接件143b可连接到与加压过滤器中所具有的压力相同的压力。通过打开连接件(coupling)143a或143b中的连接，可使管处于与管内部所具有的压力相同水平的外部压力下，或者管可连接到低压——适当的大气压。
作为替代方案，管可连接到相对于过滤器1中的压力减小的过压，而不是大气压。
图1示意性示出了如何仅通过单个连接件而不使用调节阀21来执行调节，所述调节阀21将管的外表面连接到与过滤器中所具有的压力相同的压力或连接到大气/ATM。在图1中，管的外表面连接到与过滤器内所具有的压力相同的压力，出于这个原因，管阀的内部具有与管142的外部相同的压力，并采用图2所示的形式或初始位置。这使得管具有最小的直径并由此保持形成于管阀中的石灰泥柱。一旦管阀连接到低压(在所示情况中为连接到大气压)，管的内表面与外表面之间的压差将会增大，使得管膨胀并释放其对石灰泥柱的保持。优选的是，管阀的释放与闸供给设备13的定位同步地进行，使得当闸供给设备的空的凹部几乎完全暴露于其上方的石灰泥柱时便启动释放操作。作为一种替代方案，管阀保持脉动，使其以比闸供给设备的凹部的暴露频率更高的频率释放对石灰泥柱的夹持。
通过同步的操作可避免闸供给设备的壁与正下降的石灰泥柱之间发生连续接触，并且可以减小闸供给设备运转所需的动力以及该闸供给设备上的磨损。
闸供给设备13不需要在闸供给设备的壳体与闸供给设备的翼状件之间设计有小游隙，因为压降的较大部分跨越管阀中已建立的石灰泥柱设置。闸供给设备中的游隙可以允许大至2-10毫米。闸供给设备还可提供有用于在低位排空腔室的清新空气。
图1示意性示出了控制***的设计，其中，控制单元20优选地通过以传统的方式检测来自设置于马达M2的马达轴上的脉冲传感器的脉冲，经过信号线A来检测闸供给设备的位置。控制单元20随后通过信号线B来启动调节阀21，使得阀处于两个位置的其中之一：使得管阀连接到与过滤器1中所具有的压力相同的过压，或使得管阀连接到低压(如大气压)。控制单元20还通过信号线C检测管阀中的液面，以便随后通过信号线D控制闸供给设备的旋转速率，使得能在管阀中保持最低液面。
在测试内径为112mm且管壁厚度为8mm的管阀的原型输出单元期间，可实现管阀的拉紧(释放)，管阀的这种拉紧(释放)对应于在0.8巴的调整压差时内径增大6mm以及在1.2巴时内径增大11mm。利用施加于过滤器中的大约1.5巴的过压，可使直径增大14-28mm。因此，在已经进行操作时获得调节功能，其中，管阀优选地经受直径在5％-10％区间的受控的较小变化，而如果需要的话，直径能够实现25％的增大。
可以做到的是，保持压差尽可能小，进而保持管142的直径的增大尽可能小，以便使跨越管阀的压力损失(漏流)达到最小程度。使用原型执行的测试表明：使直径增大6mm的0.7巴的压差是完全足够的。在这些状态下，可保持自由空气的漏流低至3-4m3/h的水平。
原型中的释放频率为每分钟8-36次，并建立通过输出单元的1-3cm/s的流速。在2.3-9rpm的旋转速度下对室供给设备进行驱动，该室供给设备具有五个室并且总体积为3升。

Claims (4)

1.一种管阀，用于输出细颗粒状物质，其保持65-90％的干物质含量水平的干石灰泥，其中所述管阀包括设置在管阀壳体内的挠性内管，其特征在于，
a)所述挠性内管的最小长度SL_Min与所述挠性内管的直径SD的关系为：2*SD＜SL_Min＜5*SD；以及
b)所述管阀壳体与挠性内管之间形成压力腔室，所述挠性内管在其端部被固定设置在所述管阀壳体，在位于所述管阀壳体的端部的两个锚固点之间受到轴向拉伸预应力的作用，其中所述挠性内管在无负载且未安装状态时比所述挠性内管在安装状态时长度短3-10％，由此所述挠性内管获得呈沙漏形的腰部；以及
c)所述压力腔室通过连接件(143a/143b)连接至调节装置，所述调节装置能够将所述压力腔室中的压力从第一压力调节至第二压力，所述第一压力基本上等于在所述挠性内管中已经建立的压力，所述第二压力低于在所述挠性内管中已经建立的压力。
2.根据权利要求1所述的管阀，其特征在于，位于所述管阀的端部的锚固点被设计成两个拉伸环(144a/144b)，所述拉伸环朝着所述压力腔室的壁对所述挠性内管施加向外的拉伸作用。
3.根据权利要求2所述的管阀，其特征在于，所述挠性内管由天然橡胶制成。
4.根据权利要求2所述的管阀，其特征在于，所述挠性内管由耐石灰泥磨损的弹性材料制成。
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