CN102056825A - 用于传输粉末的传送器和用于传送粉末的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于将粉末从入口点(14)传输到至少一个排出点(20)的传送器(10)包括：流化床传输空间(12)和流化气体供应空间(16)，通过可渗气壁(18)使流化床传输空间(12)与流化气体供应空间(16)隔开；用于从传输管道(12)中移除流化气体的气体出口(22)；用于从移除的流化气体中分离出粉尘的机构(24)；以及用于紧邻排出点(20)使分离出的粉尘返回到粉末的机构(26)。在优选实施例中，分离出的细粒粉尘在旋风器的下部分中返回到粉末且均化到粉末中，旋风器位于排出点处。

Description

用于传输粉末的传送器和用于传送粉末的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年6月5日提交的美国临时专利申请No.61/059,031的权益，该申请通过引用而整体地结合在本文中。
此外，本申请要求2009年5月11日提交的美国临时专利申请No.12/463,755的权益，该申请通过引用而整体地结合在本文中。
发明领域
本发明涉及用于在流化床(fluidized bed)传输管道中将粉末从入口点传送到至少一个排出点的方法。本发明还涉及用于传输粉末的传送器。
发明背景
美国专利4,016,053公开了一种用于将矾土(alumina)分配到熔炼坩埚的***。该***基于空气促动的重力传送器，即流化床传送器，在其中，矾土由垂直的、被向上引导的空气流流化。因此，重力使矾土流像流体一样通过流化床传输管道通到熔炼坩埚(smelting pot)。
允许用于在传送器中流化矾土的空气从传输管道中离开，并且与来自熔炼坩埚的还原过程烟道气(flue gas)一起传输到气体净化装置，该气体净化装置一般包括例如袋式过滤器类型的过滤器。
气体净化装置消耗许多能量，部分是因为传输载有粉尘(dust)的气体通过袋式过滤器所需的高压差的原因。
发明概述
本发明的目标是解决或至少减轻上述问题的一部分或全部。为此，提供了一种用于在流化床传输管道中将粉末从入口点传送到至少一个排出点的方法，其包括：
在入口点处将粉末供给到传输管道中；
将气体供应到传输管道，以便在传输管道中使粉末流化；
从传输管道中移除气体；
从移除的气体中分离出粉尘；以及
紧邻排出点使分离出的粉尘返回到粉末。
通过紧邻所述排出点使分离出的粉尘返回到粉末，避免了粉尘沿着传输管道再次夹带在流化气体中。从移除的气体中分离出的粉尘颗粒通常是细粒，例如具有比正在传输管道中传输的粉末的平均颗粒大小更小的颗粒大小的细小粉尘颗粒。细粒在流化气体的作用下倾向于从被传输的粉末的主体中被夹带出来。从于传输管道中移除的气体中分离出粉尘(即细粒)并且使分离出的粉尘(即细粒)返回到粉末堆减少了细粒在移除的流化气体中和在气体净化***中的积聚，这继而降低了在气体净化装置中的过滤器上的压降。
在优选实施例中，方法还包括紧邻所述排出点使粉末流化，从而使得返回的分离出的粉尘混合到粉末中，并且使得粉末均化。使粉末均化提高了利用粉末的任何下游过程(例如在矾土还原槽(reduction cell)中使粉末熔化)的可靠性和可预测性。
优选地，在排出点附近从传输管道中移除气体。这样，更容易随着时间的过去来保持粉末中的颗粒大小的均匀分布。这在通过传输管道的粉末的流率随时间而改变时尤其有利。此外，这使得更容易保持在具有多个排出点的分配***中的粉末的颗粒大小的均匀分布。另外，在流化床传输管道的上部中的空气流将被引向排出点，这可加速粉末传输。
在一个实施例中，在旋风器(cyclone)中从气体中分离出粉尘。旋风器提供了到排出点的、随着时间的过去为相对恒定的粉尘返回速率，因为它需要非常少的定期净化。这产生对任何下游过程(例如在还原槽中的矾土的还原)的更加可预测的控制。此外，旋风器廉价，维护起来特别简单，并且使得能够在一个单一装置内使分离出的粉尘(即细粒)返回和混合到粉末中。优选地，分离出的粉尘在旋风器的下部分中在混合区域中混合返回粉末中。这是特别紧凑且高效的实施例。甚至更优选地，混合区域包括流化床；这样，可实现粉末的特别高效的混合和均化。
优选地，粉末通过旋风器从传输管道传送到排出点。这最大程度地减少了分离出的粉尘(即细粒)在流化气体中的再次夹带。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于将粉末(例如矾土粉末)从入口点传输到至少一个排出点的传送器，传送器包括：流化床传输管道和流化气体供应空间，通过可渗气壁使传输管道与流化气体供应空间隔开；用于从传输管道中移除流化气体的气体出口；用于从移除的流化气体中分离出粉尘的机构；以及用于紧邻排出点使分离出的粉尘返回到粉末的机构。这种类型的传送器减小了小的粉尘颗粒(即细粒)在移除的流化气体供应中和在气体净化***中的积聚，这继而降低了在气体净化装置中的过滤器上的压降。
在优选实施例中，用于从移除的流化气体中分离出粉尘的所述机构包括旋风器，所述旋风器具有：用于载有粉尘气体的入口；用于粉尘的第一出口；以及用于脱尘气体的第二出口，用于载有粉尘气体的所述入口连接到所述传输管道上。旋风器提供到排出点的、随着时间的过去为相对恒定的粉尘返回速率，因为它需要非常少的定期净化。这产生对任何下游过程(例如在还原槽中的矾土的还原)的更加可预测的控制。此外，旋风器廉价，维护起来特别简单，并且使得能够使移除的粉尘(即细粒)在一个单一装置内返回和混合到粉末中。
优选地，用于载有粉尘气体的所述入口在排出点附近连接到所述传输管道上。这样，更容易随着时间的过去来保持粉末中的颗粒大小的均匀分布。这在通过传输管道的粉末的流率随时间而改变时尤其有利。此外，这使得更容易保持在具有多个排出点的分配***中的粉末的颗粒大小的均匀分布。另外，在流化床传输管道的上部中的空气流将被引向排出点，这可加速粉末传输。
优选地，旋风器的下部分与传输管道连通，以便允许在传输管道和旋风器之间传运粉末(例如矾土粉末)。这是用于使分离出的细小粉尘返回到粉末中的特别紧凑的布置。
优选地，所述旋风器包括可渗气壁，该可渗气壁使旋风器与流化气体供应空间隔开，以便允许粉末在所述旋风器中流化。这个实施例对于混合粉末和使粉末均化来说是特别高效的。
优选地，所述传输管道通过所述旋风器的下部分连接到排出点上。这最大程度地减少了细粒在流化气体中的再次夹带。
附图简述
参照附图，通过本发明的优选实施例的以下说明性且非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的以上的和另外的目标、特征及优点，其中：
图1是用于传输粉末的流化床传送器的第一个实施例的示意性截面图；
图2是用于传输粉末的流化床传送器的第二个实施例的示意性透视图；
图3是用于传输粉末的流化床传送器的示意性侧视截面图；以及
图4是在图3的传送器的截面IV-IV中看到的示意性图。
示例性实施例的详细描述
通常使用霍尔-赫罗尔德(Hall-Heroult)过程以使矾土(即氧化铝)电解还原成铝来产生铝。该过程在存在氟化合物的情况下在还原槽或熔炼坩埚中进行。通常，铝生产装置包括大规模的分配***，该分配***能够将粉状氧化铝从处于中间的矾土分派终端(dispatch terminal)传输经过几百米的距离，并且将氧化铝分配到几百个还原槽。
来自还原槽的烟道气包含氟化氢和其它侵蚀性成分，并且需要在洗涤器中净化烟道气。为了重新使用对还原过程来说必要的氟，在洗涤器中将初级(即原始的或天然的)矾土用作干吸附剂来洗涤烟道气。一般由袋式过滤器装置组成的粉尘收集设施从经洗涤的气体中分离出粉尘，并且使粉尘在洗涤器中返回到矾土。然后，已经在洗涤器中用来吸附氢氟(hydrogen fluorine)且包含从粉尘收集设施中返回的粉尘的二级矾土(即用过的矾土)被分配到熔炼坩埚，以还原为铝，从而使氟返回到过程。洗涤器和袋式过滤器装置在靠近这样的地方(在该处初级矾土例如通过卡车或通过船到达铝生产装置)的中心位置处是彼此相邻的。这样，就可在初级矾土通过分配***分配到熔炼坩埚之前，在洗涤器中使用初级矾土来净化还原过程烟道气。
在流化床矾土分配***中，已经在传送器中用来使矾土粉末流化的用过的流化空气也与来自熔炼坩埚的还原过程烟道气一起传输到气体净化装置，该气体净化装置包含洗涤器和袋式过滤器。这样，就可在用过的流化空气排到环境中之前，使用过的流化空气净化掉其夹带的任何粉尘颗粒。
初级矾土粉末(即还未在洗涤器中用过的氧化铝)是颗粒物质，其包括范围为从典型地具有几毫米的直径的相对粗的颗粒到仅几微米或更小的非常细小的颗粒的矾土颗粒。典型的初级矾土例如可主要由从5μm到200μm的范围的颗粒构成，其中，带有仅小份额的大小达几毫米的较大的团块(lump)和小份额的低于5μm的非常小的颗粒。二级矾土还可包括在洗涤器中从烟道气中收集的非常细小的烟雾颗粒(fume particle)。可具有远低于一微米的直径的那些细小的烟雾颗粒包含相对高水平的氟化合物，并且因此期望它们返回到还原过程。
离开流化床传送器的用过的流化空气载有细小的粉尘颗粒，在下文中称为细粒，细小的粉尘颗粒可包括细小的矾土颗粒及烟雾颗粒。包含细小的粉尘颗粒(即细粒，其包括相对高水平的氟化合物)的空气排到气体管道中，该气体管道将提取出的烟道气从还原槽传送到气体净化装置。在气体净化装置中，跟随用过的流化空气的细粒被捕获，并且以与捕获的烟道气的烟雾一起的方式，细粒与二级矾土返回到传输和分配***。在分配***中，较大一部分细粒将再次被流化空气夹带，并且传输到气体净化装置。因此，细粒倾向于在气体净化和二级矾土分配***中积聚。细粒在***中的这种积聚倾向于提高气体净化装置上的压降，从而增加传输气体通过过滤器所需的动力，因为过滤袋将被细粒阻塞。这还可导致气体净化***中增大的结垢，即硬粉尘的沉积，并且使整个二级矾土处理和传输***、其操作及其维护大体上成为处理较多粉尘的事情。
图1示意性地显示了用于传输粉末的流化床传送器的第一个实施例。传送器10包括上部传输空间12，该上部传输空间12适于在入口点14处接收粉状材料。在入口点14处进入到传输空间12中的粉末供给方向由箭头A指示，粉末的水平(level)被示为阴影部分。传送器10还包括下部流化气体供应空间16，通过可渗气壁18使下部流化气体供应空间16与上部粉末传输空间12隔开。下部流化气体供应空间16适于接收来自气体供应(未显示)(例如排气管道、风扇、压缩机或用于压缩气体的容器)的气体流。
气体以由箭头B指示的方向供给到流化气体供应空间16中，并且允许气体通过可渗气壁18进入粉末传输空间12，从而使得气体利用垂直的气体流使存在于粉末传输空间12中的粉末流化。适当的可渗气壁的实例例如为织物、金属细丝网、穿孔塑料或金属片、烧结金属片等。
流化粉末将在重力的作用下沿着传输空间12缓慢地漂到排出点20，粉末在排出点20处从传送器10排出到一个下游装备(未显示)中。
用过的流化气体(即已经从流化气体供应空间16传出且通过传输空间12中的粉末的气体)通过用过的流化气体出口22排出，该用过的流化气体出口22布置在传输空间12的上部分中。用过的流化气体也将从传输空间12内部的粉末中夹带出粉尘，主要是最小的颗粒，即细粒，从而从传输的粉末中移除最小颗粒份额的一部分。这意味着传输的粉末中的较小的颗粒的份额将随着距粉末入口14的传输距离而减小。
载有细粒的用过的流化气体被引导到粉尘分离机构24，例如旋风器或过滤器，在其中从用过的流化气体中分离出细粒粉尘。此后用过的流化气体可返回到流化气体供应(未显示)，甚至还在另外的气体净化装置中被净化，或者被排出到别处。
另一方面，分离出的细粒通过紧邻排出点20而定位的机构26返回到传输的粉末，以用于使分离出的细粒返回到粉末。这意味着，在排出点处，传输的粉末中的较小颗粒的份额将恢复(restore)。
用于使分离出的细粒返回到粉末的机构26可为例如重力供给管、送风机、传送器、粉尘分离机构24的出口、用于使分离出的细粒与粉末混合的混合装置，或者适于使分离出的细粒返回到粉末的任何其它机构。优选地，用于返回分离出的细粒的机构26以与排出点20相关联的方式而定位。更优选地，从排出点20到用于使分离出的细粒返回到传输的粉末的机构26的距离小于从粉末入口14到排出点20的距离的20％，并且更优选地，用于使细粒返回到粉末的机构26定位成距排出点20小于1m。通过在相对靠近排出点处返回细粒，当粉末从用于使细粒返回到粉末的机构26传输到排出点20时，减少了流化气体对细粒的再次夹带。在优选实施例中，分离出的细粒在传输管道12的任何流化床部分的下游的位置处返回到粉末，如图1中所示，从而使得在传输管道12中流化气体不会再次夹带细粒。
图2示出了流化床粉末传送器的第二个实施例。特别良好地适于传送矾土粉末的传送器110包括粉末传输管道112和流化空气管道116。这两个管道由织物膜118隔开，该织物膜118设计成以便允许空气穿过织物膜118从流化空气管道116到达粉末传输管道112。传送器110沿基本水平的方向从粉末入口点114延伸到多个粉末排出点120，显示了多个粉末排出点120中的两个。各个排出点120是将粉末输送到另一个装置(例如熔炼坩埚、漏斗(hopper)、料仓(silo)、另一个传送器等)的点。
在各个粉末排出点120处，允许用过的流化空气通过用过的流化空气管道122离开粉末传输管道112。用过的流化空气向前通过用过的流化空气管道122到达旋风器130，同样在粉末排出点120的各个处定位有一个旋风器130。在各个旋风器130中，包括细粒的粉尘从用过的流化空气中分离出来，并且粉尘在相应的排出点120处返回到传输的矾土粉末。经净化的用过的流化气体通过相应的管道140离开相应的旋风器130，并且通过中心返回管道141与来自熔炼坩埚的气体一起传输到气体净化装置(未显示)。
图3的截面图更加清楚地示出了传送器110的功能。来自气体净化装置的二级矾土粉末(带阴影的)排出到供给漏斗132中，二级矾土粉末通过旋转式供给器134从供给漏斗132供给到流化床粉末传送器110的入口点114。粉末通过传输管道112从入口点114传送到多个排出点120。来自流化空气管道116的空气使粉末沿着传输管道112保持流化，并且空气通过用过的流化空气管道122从传输管道112中排出。在各个排出点120处，用过的流化空气与可利用空气从硫化粉末中已经夹带出来的任何细粒分离。在各个旋风器130的上部分136中进行分离。
图4的截面图详细示出了排出点120和旋风器130。用过的流化空气管道122切向地连接到旋风器130的上部分136上，从而使得进入旋风器130的用过的流化空气将在旋风器130的上部分136中形成涡流。由于离心力的原因，包括大部分细粒的粉尘将从用过的流化空气中分离出来，并且重力将使粉尘沿着旋风器壁落到旋风器130的下部分138上。通过用于脱尘空气的管道140排出现在已脱尘的用过的流化空气，管道140连接到旋风器130的上部中心部分上。用于脱尘气体的管道140优选通过用于来自还原槽中的熔化过程的烟道气的返回管道连接到气体净化装置(未显示)上。在气体净化装置中，将从用过的流化气体中移除任何剩余的粉尘。
为了从用过的流化空气中高效地分离出粉尘，在其中发生分离的旋风器130的部分中，即在上部分136中，旋风器130优选具有在75-200mm的范围内且更优选在100-150mm的范围内的内径。
传输管道112的下部分通过中间管道142连接到旋风器130的下部分138上。允许传输管道112中的流化矾土粉末通过中间管道142流到旋风器130的下部分138中，在该下部分138中，流化矾土粉末由来自位于旋风器130下面的旋风器流化空气供应空间144的空气流化。优选地，在图2也有所显示的中间管道142具有至少1000mm2且更优选至少2000mm2的截面，以便容许从传输管道112到旋风器130中有足够的矾土粉末流。
如图4中所示，旋风器130的下部分138通过可渗气膜145与旋风器流化空气供应空间144分开，该可渗气膜145可类似于可渗气膜118。旋风器流化空气供应空间144通过导管146接收来自流化空气管道116的流化空气，该导管146在图2中也有所显示，而且旋风器流化空气供应空间144使空气前进到旋风器130的下部分138，以便在旋风器130的下部分138中形成流化床。在旋风器130的下部分138的流化床中，在旋风器130的上部分136中分离出来且下落到旋风器130的下部分138中的粉尘(包括细粒)与通过中间管道142供应到旋风器130的下部分138的粉末高效地混合。因此在此实例中，旋风器130充当粉尘分离机构和用于使分离出的细粒返回到粉末的机构两者。但是，还可行的是使用用于使分离出的细粒返回到粉末中的分离机构，例如如上文参照图1所描述的那样用于使分离出的细粒返回到粉末的机构26中的任一个。
在旋风器130的下部分138中的流化床中，将在颗粒大小方面使二级矾土均化，从而使得任何粗的团块将仍然混合在矾土流中。
流化的、混合的且从而均化的二级矾土粉末(现在再次具有恢复的细粒的份额)在排出点120处从旋风器的下部分138排出到料仓148中，该料仓148构造成使粉末前进到矾土还原槽(未显示)中。
在优选实施例中，各个排出点120以与相应的矾土熔炼坩埚相关联的方式而定位，并且更优选地，各个排出点120位于其对应的熔炼坩埚的上游不到5米处，从而使得现在均化的传输的粉末将不太可能在到达熔炼坩埚之前再次分开。
传送器110还可形成更大的矾土分配***的一部分。由于二级矾土在排出点处的均化，将减少粗的矾土颗粒在可未被流化或提供经改变的流化气体流的分配***内的下游区域(例如传输管道接头或弯曲部)中的任何捕集或积聚。在二级矾土进入熔炼坩埚时在颗粒大小方面使二级矾土均化对于任何下游粉末供给装备以及对于矾土熔化过程的效率来说也为有利的。
以上已经主要参照几个实施例对本发明进行了描述。但是，如本领域技术人员容易地理解的那样，除了以上公开的之外的其它实施例同样可能在由权利要求限定的本发明的范围内。
例如，本发明不限于旋风器。诸如过滤器的其它分离机构也可用来从用过的流化气体中分离出粉尘，包括细粒。
本发明可用来传输除了矾土之外的其它粉状物质，例如飞灰(fly ash)、金属粉末、煤粉及各种气体净化副产物。
此外，尽管是优选的，但是将分离机构定位在排出点附近不是必要的；可在任何地方执行分离，而且在分离之后，细粒可传送到排出点，以排出到粉末中。

Claims (13)

1.一种用于在流化床传输管道(12，112)中将粉末从入口点(14，114)传送到至少一个排出点(20，120)的方法，包括：
在所述入口点(14；114)处将粉末供给到所述传输管道(12，112)中；
将气体供应到所述传输管道(12，112)，以便在所述传输管道(12，112)中使粉末流化；
从所述传输管道(12，112)中移除气体；以及
从移除的气体中分离出粉尘，所述方法的特征在于，紧邻所述排出点使分离出的粉尘返回到(20，120)粉末。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括紧邻所述排出点(20，120)使粉末流化，从而使得返回的分离出的粉尘混合到粉末中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述排出点(20，120)附近从所述传输管道(12，112)中移除气体。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在旋风器(130)中从气体中分离出粉尘。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，分离出的粉尘在所述旋风器(130)的下部分(138)中在混合区域中混合返回到粉末中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述混合区域包括流化床。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，粉末通过所述旋风器(130)从所述传输管道(112)传送到所述排出点(120)。
8.一种用于将粉末从入口点(14，114)传输到至少一个排出点(20，120)的传送器，所述传送器(10，110)包括：
流化床传输管道(12，112)和流化气体供应空间(16，116)，通过可渗气壁(18，118)使所述传输管道(12，112)与所述流化气体供应空间(16，116)隔开；
用于从所述传输管道(12，112)中移除流化气体的气体出口(22，122)；以及
用于从移除的流化气体中分离出粉尘的机构(24，130)，所述传送器(10，110)的特征在于，包括用于紧邻所述排出点(20，120)使分离出的粉尘返回到粉末的机构(26，130)。
9.根据权利要求8所述的传送器，其特征在于，用于从所述移除的流化气体中分离出粉尘的所述机构包括旋风器(130)，所述旋风器(130)具有：用于载有粉尘气体的入口(122)；用于粉尘的第一出口(138)；以及用于脱尘气体的第二出口(140)，用于载有粉尘气体的所述入口(122)连接到所述传输管道(112)上。
10.根据权利要求9所述的传送器，其特征在于，用于载有粉尘气体的所述入口(122)在所述排出点(120)附近连接到所述传输管道(112)上。
11.根据权利要求9或10所述的传送器，其特征在于，所述旋风器(130)的下部分(138)与所述传输管道(112)连通，以便允许在所述传输管道(112)和所述旋风器(130)之间传运粉末。
12.根据权利要求11所述的传送器，其特征在于，所述旋风器(130)包括可渗气壁(145)，所述可渗气壁(145)使所述旋风器(130)与流化气体供应空间(144)隔开，以便允许粉末在所述旋风器(130)中流化。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的传送器，其特征在于，所述传输管道(112)通过所述旋风器(130)的下部分(138)连接到所述排出点(120)上。
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