CN106232218A - 用于制作粉末或粒状材料与液体的混合物的方法 - Google Patents

用于制作粉末或粒状材料与液体的混合物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种用于制作粉末或粒状材料与液体的混合物的方法，在该方法的过程中，通过将粉末或粒状材料经由入口料斗(18)传送到上部混合空间(10)中并通过将液体供给到上部混合空间(10)中制作第一混合物；将第一混合物通过连接上部混合空间(10)底部与下部混合空间(12)上部的导管(16)引入具有柱形空间部分和锥形空间部分的下部混合空间(12)中，且通过使第一混合物碰撞到挡板件(20)制作第二混合物；通过布置在下部混合空间(12)的底部的锥形空间部分排出第二混合物。通过划分第二混合物，将第一混合物部分作为混合物材料排出，使第二混合物部分再循环入上部混合空间，以及将第三混合物部分传送到下部混合空间的上部中。第一混合物部分与第二混合物部分的比率选择为介于1:1和1:4之间的值，将第一混合物部分与第三混合物部分的比率选择为介于1:1和1:5之间的值，以及在下部混合空间中调整第二混合物的量，使第二混合物的表面处于下部混合空间的柱形空间部分内且与挡板件隔开。

Description

用于制作粉末或粒状材料与液体的混合物的方法
技术领域
本发明涉及用于制作粉末或粒状材料与液体的混合物的方法。
背景技术
工业中，时常需要制作粉末或粒状材料与液体的混合物。混合过程须确保大比表面粒的整个表面上的水化。在这些应用中，与液体混合时常还引起粉末或粒状材料的转化，即，其化学和物理特性被修改。混合的程度以及因此转化的程度由加入的水的质量和应用于混合的技术来确定。
在这些程序中进行混合时，从通过管道携载混合物、特定的水消耗以及粉末或粒状材料的转化方面来看，如果粉末或粒状材料与和该材料的重量具有几乎相同量的液体混合，从而制作具有高密度、约1/2至2/1的固/液重量比的混合物，则这通常是有利的。
这样的应用是例如制作所谓的稠密浆料(也称为浓浆料)，该稠密浆料由来自燃煤或燃油发电站的固相燃烧残余物和水以近似1/2至2/1的固/液重量比(通常以1.5至1)的固/液比构成。在制作稠密浆料时，重要的是确保混合尽可能地好，这是因为理想的是使附着于飞灰(fly ash，粉煤灰)粒、驻留于飞灰粒的多孔部中的游离氧化钙(CaO)含量的颗粒完全溶解。通过其所谓的火山灰活性，具有高比表面的燃烧残余物自身不会表现出胶结特性或仅略微表现出胶结特性，但在水分存在的情况下并且在常温下，燃烧残余物的材料通过混合而参加与氢氧化钙(Ca(OH)2)的化学反应，并且由于该化学反应，它们被转化成固体结构材料。充分混合保证了快速的反应速率。以这种方式，稠密浆料在沿管道被递送之后并且在经处理之后变成固体。由于适当的混合，在固化之后，形成了高体积密度、高压缩强度以及低渗水性的沉积物。
在稠密浆料的情况下，加入到固体材料中的水的量与在稀薄浆料(也称为稀浆料)的情况下相比明显较少。由此而论，与稀薄浆料相比，在稠密浆料的情况下固体材料与水的化学反应发挥至关重要的作用。
如果通过一种方法将稠密浆料制作为材料混合物，则可以对制造过程期间制作的各种材料进行区分，诸如：
·产品第一阶段-直接在混合和递送(运输)后的材料，稠密浆料本身；
·产品第二阶段-存储几天之后的沉积材料，表面水已渗漏/蒸发出去并且胶结过程已开始之后；
·产品第三阶段-更长时间储存(通常为几个月)后的沉积材料，在胶结过程已实际上完成之后：沉积物。(在材料中，某些另外的矿物转化可能需要更长时间)。
材料的结合特性基本上取决于在该方法中被用作基础材料的原材料的矿物组成，其中相关的因素为反应(游离)CaO/MgO的含量以及它们与硅酸盐/铝酸盐成分的比例。结合特性还取决于混合过程本身，其中，按重量计的混合比(固体/水)以及混合的强度也是重要的因素。混合水的质量也有一定的相关性。
WO 98/08596 A1描述了适于制作混合物例如稠密浆料的装置。已知的装置包括：混合空间；用于将粉末或粒状材料引入到混合空间中的料斗；用于将液体引入到混合空间中的入口管；用于使混合物的一部分再循环进入混合空间中的管；以及用于递送该混合物的出口管。
在已知的装置中，上部混合空间和下部混合空间以一个低于另一个的方式布置，该上部混合空间和该下部混合空间利用截面比上部混合空间的截面窄的导管彼此连接。该装置具有第一循环回路和第二循环回路，第一循环回路用于将积聚在下部混合空间的底部中的混合物的一部分递送到上部混合空间中，第二循环回路用于将积聚在下部混合空间的底部中的混合物的另一部分递送到下部混合空间的上部中。
鉴于已知的方案，特别是在WO 98/08596 A1中所描述的装置，存在对用于制作由粉末或粒状材料与液体构成的混合物(特别是稠密浆料)的方法的需求，该制作方法借助于WO 98/08596 A1中所公开装置可以制作适当质量的、无过度空气含量且具有均匀质量的混合物。
发明内容
本发明的主要目的在于提供作为尽可能最大程度上摆脱现有技术的缺点的方案的方法。
本发明的另一目的在于提供一种方法，通过该方法，可以制作适当的均质混合物，特别是稠密浆料，该混合物不包括或仅包括少量的未溶解氧化钙(CaO)颗粒、气体或气泡，并且未在其中发生局部化学反应。任何这样的存在均可能引起裂纹的形成并增加沉积物的渗水性，从而排放出沉积物的有害材料，并且沉积物因而可能成为环境污染源。
本发明的目的已通过根据权利要求1的方法实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中进行限定。
附图说明
将参照附图、通过示例来描述本发明的优选实施例，其中：
图1是用于根据本发明的方法的装置的示意图；
图2是面向箭头方向沿平面A-A所截取的图1的装置的截面视图；
图3是面向箭头方向沿平面B-B所截取的图1的装置的截面视图；
图4是示出了本发明的实施例的控制图；
图5是本发明的另一实施例的示意图；
图6是示出了根据本发明的方法的有效性的图表；以及
图7是通过根据本发明的方法制作的稠密浆料颗粒的示意图。
具体实施方式
借助图1所示的装置，呈现了根据本发明的适于制作粉末或粒状材料与液体的混合物的方法。根据图1的装置的构造很大程度上类似于WO98/08596A1中所描述的装置的构造；在根据图1的装置中，在下部混合空间12的侧壁上的仪器桩(stub)中布置有压力计26。
在根据本发明的方法中，通过将粉末或粒状材料经由入口料斗18引入上部混合空间10(也称为上部混合头)中，并通过将液体例如经由管道40供给到上部混合空间10中，制作第一混合物。然后，通过连接上部混合空间10的底部与下部混合空间12(也称为下部混合头)的上部的导管16，将第一混合物引入下部混合空间12中，并且通过使第一混合物碰撞到挡板件20来制作第二混合物。然后，通过布置在下部混合空间12的底部中的锥形空间部分14排出第二混合物，并且通过划分/分离第二混合物，将第一混合物部分作为混合物材料排出，使第二混合物部分再循环进入上部混合空间10中，以及将第三混合物部分传送到下部混合空间12的上部中。在根据本发明的方法中，将第一混合物部分与第二混合物部分的比率选择为介于1:1和1:4之间的值，而将第一混合物部分与第三混合物部分的比率选择为介于1:1和1:5之间的值，并且在下部混合空间中调整第二混合物的量，使得第二混合物的表面与挡板件16隔开并且处于下部混合空间的柱形空间部分中。在根据本发明的方法中，为了确保适当的混合，和所排出的量相比，较大的部分再循环进入上部混合空间中以及下部混合空间的上部中。使用高于1:4或1:5的比率是不经济的，因为所需能量输入大。
图1示出了在根据本发明的方法的过程中在下部混合空间12内的第二混合物的近似最大料位21和近似最小料位23。图1中示出，由于第二混合物的旋转运动所引起的抛物线形状，第二混合物的表面可以延伸到挡板件20之上，然而，要确保抛物线形状的处于挡板件20之下的部分定位成与挡板件20相离一定距离处，即与挡板件20隔开。料位23示出了可能较陡的抛物线的最低点可能从上方接触锥形空间部分，然而，在下部混合空间中，第二混合物的最低点可能并不会低于此。当然，可能会出现的是，第二混合物的表面为不具有那么陡峭高度的抛物线。在根据本发明的方法中，须确保无表面部分处于锥形空间部分内。
在本发明的实施例中，将第一混合物部分与第二混合物部分的比率选择为介于1:1.5和1:3之间的值，并且将第一混合物部分与第三混合物部分的比率选择为介于1:2和1:4之间的值。我们的试验已表明，在比率被选择为处于上述范围内的情况下，混合是最佳的。第一混合物部分与第二混合物部分的近似1:2的比率尤其优选，并且第一混合物部分与第三混合物部分的近似1:3的比率尤其优选，这样的比率提供了最佳的混合和混合物材料输出。已认识到，根据本发明，由于还通过管道34重新引入的成分，下部混合空间中第二混合物的表面呈现出抛物面状的旋转表面的形状。在高强度混合的情况下，该抛物线的斜率也可能较高。由于抛物面状表面，不能在下部混合空间中提供传统的料位控制，而是为了确保连续流，需要应用特定的料位控制。
为了在混合装置中提供适当的排放，下部混合空间的底部具有锥形构造。已认识到，为了提供适当质量的最终产品，应当避免第二混合物的表面落入该锥形空间部分中。优选地是，出于两个原因使该料位(其每个点，即，抛物线的旋转表面的每个点，并因此也包括其最低点)保持在下部混合空间的柱形空间部分中。一方面，如果表面突伸到锥形空间部分中，那么由于被排放材料的加速流动，其可能引起从下部混合空间抽吸空气。如果以此方式使空气进入混合物中，其可能扰乱循环、平稳操作以及递送，这导致较低质量的最终产品。
由于锥形空间部分内的较窄部所引起的强动力效应，也不能基于传统压力测量进行料位测量。延伸到锥形空间部分中的抛物线的形状变形至其也不能以适当的正确性确定真实料位(例如表面的最低点)的程度。因此，将根据图1的优选地装配有橡胶盖的压力计26布置在柱形空间部分的侧壁中，并且未在锥形空间部分中布置压力计。因此，如果第二混合物的表面突出到锥形空间部分中，则用于制作混合物的方法可能变得不受控，并且不可能通过位于柱形空间部分的侧壁中的压力计以适当的可靠性来确定料位，因此，排出混合物的质量可能会降低，而且平稳操作将是不可能的。
压力计26(如果存在多个压力计，则为最低的一个压力计)布置在柱形空间部分的侧壁中且位于锥形空间部分上方优选地最大150mm处。优选地，为了更加精确地确定料位，可以在柱形空间部分的侧壁中布置多个压力计26，然而，使用最低的压力计对于适当地操作根据本发明的方法而言是足够的。
在根据本发明的方法的实施例中，通过布置在柱形空间部分的侧壁中的至少一个压力计来确定第二混合物的表面。压力计允许确定存在于下部混合空间的柱形部分内的材料的量，并基于该信息且借助于入口数据，确定第二混合物的表面的形状，从而可以以良好的准确性计算该表面的最低点的位置。
第二混合物的表面占据与挡板件20相隔一定距离的位置，即与挡板件隔开的位置。在根据本发明的方法中必须这样提供，这是因为如果表面到达挡板件20，则挡板件的功能性可能极大地降低，从而严重地损害阻挡的效率。也就是说，在该情况下，不是会使从上方到达的材料“飞溅散开”即撞击到壁上，而仅使其从挡板件20流下。
在如图2所示的方式中，管道32的突伸到上部混合空间10中的端部被分成用于喷射第二混合物的四个喷嘴24(射流管)，所述喷嘴相对于上部混合空间10的轴线对称地定位，使得它们的混合物射流被引导朝向由导管16所限定的空间，如图1所示。该喷嘴布置围绕通过料斗18流入的粉末或粒状材料。因此，在上部混合空间10中，实现了混合物射流、液体及通过重力进入的固相之间的高强度混合，所述混合物射流通过喷嘴24以高动能到达且优选地具有5-8m/s的速度，所述液体具有针对混合所精确确定的量并通过入口管40进入。
通过第一循环泵28在第一循环回路中递送的混合物的量优选地被选择成使得混合物射流填充导管16的整个截面。以该方式，在上部混合空间10中通过混合物射流实现了抽吸效应，以促使从粉末或粒状材料析出的漂浮粉末颗粒沿混合物射流的方向移动，从而与混合物流进行混合。
在上部混合空间10中，必须生成一定程度的抽吸，该程度的抽吸将所循环的混合物射流与大量粉末或粒状材料碰撞之后保持漂浮的粉末颗粒引导至混合物射流。如果导管16中混合物的流速介于6m/s和8m/s之间，则在所描述的优选实施例中实现了适当的抽吸效应。在没有抽吸效应的情况下，未与混合物射流混合的漂浮粉末颗粒粘至混合装置的内表面，从而逐渐阻塞空气空间和料斗18通向混合空间10。在所描绘的实施例中，还可以通过使混合空间10具有向下变窄的漏斗形状来促进抽吸效应。这样产生的抽吸效应使漏斗形状的混合空间10的空气空间、终止于空气空间的料斗18以及入口管40保持在抽吸下。
由于阻挡和抽吸，能够在混合空间10中实现非常好的混合。然而，流过导管16的被阻挡混合物仍然具有大量的动能，可以利用这样的动能以确保更好的混合并且用于将气体和空气从混合物移除。在导管16下方的具有重力空气空间的下部混合空间12中以下述方式利用该动能：使向下流过导管16的混合物与挡板件20的表面碰撞，使得该混合物在强烈混合过程中丢失其动能，其中该混合物在混合空间12的上部中飞溅散开并且通过重力流动到达下部混合空间12。
如图3所示，管道34优选地沿近似切线方向被引入下部混合空间12的上部中。沿切线方向引入的混合物流促进较大粒的***，并且由于由此生成的离心力，气体和气泡从混合物逸出。从管道34引入的混合物的速度优选地为5-8m/s。为此，当然需要利用重力场并且需要从混合空间移除逸出的气体和/或空气。在另一实施例中，还将液体沿近似切线方向引入上部混合空间中。
在图4中，示出了根据本发明的方法的实施例。在该实施例中，下部混合空间12通常被形成为具有锥形下部的柱形容器。上部混合空间10被安装在该容器的顶部上。在该方法的本实施例中，以图4所示出的方式，从飞灰贮仓46供给的飞灰以受控的方式在上部混合空间10中与所需量的水进行混合。图4示出了多个控制模块50、52、54、56、58、62以协调的方式控制所需量的待添加的飞灰、熔渣以及水。
通过阀63控制添加的水的量。待添加的水的量可以通过阀63最大化。控制模块50和58提供负责该最大化的模块64的输入。控制模块50测量所递送的混合物的量，而控制模块58从控制模块56接收下部混合空间12中的第二混合物的量以及从设置模块61接收加入到混合装置5中的飞灰的量作为输入，其中加入到混合装置中的飞灰的量由该设置模块控制。此外，控制模块58还将从负责输送熔渣浆料和水的泵65和63接收进入上部混合空间10的熔渣浆料和水的量作为输入。因此，模块64确定水流的最大所需进入量。熔渣浆料的水含量要被加至混合水的量中。
因此，在该实施例中，粉末或粒状材料是飞灰。尚处于干燥状态的飞灰通过形成在混合空间10的盖板上的料斗18进入混合空间10。
可以通过设置模块61来调节所添加的飞灰的量，这由模块60基于其输入进行控制。模块60的输入由控制模块62和52提供，即，使飞灰贮仓中的材料的料位和所递送材料的量对模块60可用。
可以通过控制模块54控制递送混合物的泵36。控制模块54的输入是在下部混合空间12中测量的液位。
从飞灰贮仓46引入上部混合空间10中的飞灰还通过经由喷嘴24传送的液体进行湿润，所述液体为根据图1的包括固体材料的预混合浆料并通过管道32输送到喷嘴24。通过喷嘴24到达的高速射流与来自各个方向的干燥飞灰进行混合，并且使任何可能形成的较大团块(所谓的堵塞物)粉碎。
上部混合空间10的下部以锥形方式变窄，由此导管16内的水射流产生一定的喷射器效应。以此方式，混合头在低气压(depression)下操作，这防止了扬尘。
通常，下部混合空间12为直径显著大于上部混合空间10的直径的柱形容器，其中从上部混合空间10到达的第一混合物即浆料从上面流入该柱形容器中。竖直落下的混合物碰撞到挡板件20上，该挡板件例如被构造为锥形板。第一混合物由于其液体含量而通过挡板件散开为薄膜。所产生的膜状液体层在碰撞到下部混合空间12的柱形壁时在下部混合空间12中向下流动。
在容器的上部，定位有管桩，例如，使得能够实现第二混合物的再循环的管道34的桩。第二混合物的优选沿切线方向重新定向的第三混合物部分在下部混合空间12的容器的盖罩(mantle)的内表面上向下螺旋式运动。在混合空间12中，第三混合物部分与从上部混合空间10到达的材料进行混合，并且该经混合的材料积聚在混合空间12的下部中。
在容器的底部处，优选地具有锥形排放料斗。锥形形状防止形成死角(deadspace，无效空间)。排放料斗可以由多个桩形成，通过这些桩，第二混合物流至泵28、30。
也就是说，泵28通过对布置在混合空间10中的喷嘴进行供给来促进所谓的预混合。泵30使第二混合物再循环进入下部混合空间12中，并对管道38进行供给，其中第二混合物的第一混合物部分通过该管道38排出，即例如其被输送至填埋区(沉积处)。因此，输出泵36可以连接至泵30的压力侧或直接连接至混合空间12以传送成品材料。
为了避免灰尘形成，下部混合空间12优选地保持在轻微真空下，原因在于这在使第二混合物(例如浆料)除去空气和防止泡沫形成方面是有利的。通过空气泵来确保优选为1豪巴(mbar)至2豪巴的低气压以及与飞灰一起到达的空气的移除，该空气泵经由空气过滤器连接至形成在下部混合空间12的上侧的桩24。
通过示例，如果输送距离不会过长，则泵28、30、36可以为所谓的离心浆料泵；或者在相当远的距离的情况下并且如果需要高起动压力，泵可以为活塞泵。
适于制作混合物的装置可以包括以下辅助装置：
·水箱和泵，用于在故障情况下洗涤装置和所附管道，以及用于对空闲管段进行周期性注水；
·浆料和水的抽取泵(sump pump)；
·具有速度控制供给装置的架高飞灰贮仓；
·用于例如浆料料位、水和浆料量、浆料粘度/稠度、泵压力等的测量和远程测量的本地和远程仪器，以用于连续和顺序过程控制；
·电力输送设备；
·抵抗不良天气的钢结构和盖(如果该装置未安装在现有建筑物内的话)。
通过根据本发明的方法，已知的流体力学混合装置的操作可供用于对来自燃煤和石油焦油熔炉的燃烧残余物(熔渣，根据美国标准的类别F型飞灰和类别C型飞灰)以及烟气脱硫石膏作为粉末或粒状材料进行处理。将可用的水(原水、工业水、脱硫废水)用作液体。根据取决于固体材料的质量和液体类型的技术方案，可以通过按重量计介于1/2和2/1之间(优选地介于1/1和1.5/1之间)的(固/液)混合比来制作可供处置(disposable)的稠密浆料。
根据本发明的方法所使用的流体力学混合装置能够在连续操作模式下以60％至100％的输出性能操作，而不具有颗粒粘附，即不具有堵塞危险。
通过能够安装到流体力学混合装置上的Ca(OH)2溶解和分配***，可以实现美国标准类别F飞灰的稠密浆料的火山灰结合所需的碱性化。
由于飞灰出售给建筑行业，所以如果仅这样的量的飞灰可用于与脱硫工厂的废水混合成为稠密浆料并且进行沉积的话，则可能需要通过能够连接至混合装置的溶解和分配***添加化学品(Ca(OH)2和Fe2O3溶液)，以用于结合氯离子。
在根据本发明的用于制作混合物的方法中，待混合的材料(粉末或粒状材料)优选地为比率尽可能高但最小为70wt％的可结合干燥飞灰。所引入的湿润的或浆料形式的任何其他燃烧残余物(例如湿润熔渣和经洗涤的湿润粗粒飞灰)在结合能力方面只能被视为惰性材料，这是因为它们的表面层(如玻璃状的熔融粒)甚至在碱性介质中也保持不溶。因此，上述湿润材料的存在是不利的，这是因为在根据本发明从混合物制作沉积物的情况下，应当必需使最终产品为能够结合的材料。
在许多情况下，初始材料可能通过稀薄浆料***。如果这样的浆料***与大量运输水一起操作，则在混合在初始材料(诸如飞灰)好之前，它们的水含量优选地通过沉降器(settler)或蒸发器降低至混合过程所需的水量(干燥/液体比1/3)以下。
可以以两种方式完成湿润原材料的供给。
·将湿润材料(熔渣、粗粒飞灰、脱硫石膏)以不受控、不受限的方式直接供给到混合装置中。当然，要供给的总量根据上述内容受到限制，并且所混合物材料的均质性将保持在合适的水平。连续地(例如熔渣浆料)或周期性地(如脱硫石膏浆料)进行供给。
·将湿润材料作为液体以不受限且不受控的方式传送到混合装置中，最高达总固体材料的30wt％。
有利地将符合以下标准的惰性材料(例如熔渣)供给到混合装置中：
·在离心输出泵的情况下，最大25mm的粒径。在具有较大粒径的原材料的情况下，要在回收熔渣的烧制耙(firing rake)之后安装熔渣粉碎机。
·如果通过隔膜泵传送混合物，则要安装另外的所谓辅助粉碎机。在这种情况下，最大粒径为2.5mm。出于各种原因，诸如由于距填埋区的距离(即该混合物需要被传送的距离)增加，可以使用隔膜泵。辅助粉碎机要安装在固体材料入口点之前。由于结构上的原因，所以需要使用最大2.5mm的粒径。一方面，对于进入隔膜空间的弹簧闭合阀而言确保了平稳操作；而另一方面，在颗粒大于阈值尺寸的情况下，由于所谓的段塞(slug)效应，隔膜空间中的颗粒加速可能会使隔膜损坏，并且使得必须更换损坏的隔膜。
·惰性材料的量优选地与所引入的飞灰的量成比例，惰性材料的最大量高达飞灰的量的30-70wt％。
·如果过程控制计算机负责调节混合比率，则应当在另外的固体材料含量和另外的液体含量方面计算熔渣浆料的固体材料含量和水含量。
图5示出了上述内容。在该图中，示出了熔炉66，该熔炉输出根据本发明的方法中所使用的燃烧残余物。该材料被传送到使细飞灰与粗粒飞灰和熔渣分离的过滤器68(例如电过滤器)中。细飞灰然后从该电过滤器68传送到飞灰贮仓46中，细飞灰可以从该飞灰贮仓供给到混合装置5中，该混合装置的使用使根据本发明的处理过程能够发生。粗粒飞灰通过模块69部分地递送到传送带70上并且还按照适当的比例部分地递送到飞灰贮仓46中。熔渣通过模块71移动到通常包括水的容器73中。传送带71从容器73的烧制耙运输干燥材料含量并将其供给到熔渣粉碎机72，该熔渣粉碎机优选地装配有粉碎辊。从熔渣粉碎机输出的材料移动到罐75中以与水混合，形成所谓的熔渣浆料。罐75中的水优选地来自容器73；罐75优选地连接至容器73的溢流。熔渣浆料通过泵运输至混合装置5，并被引入到上部混合空间10中。递送熔渣浆料的管道以与图1中的管40类似的方式连接至上部混合空间10。图5示出了容器73和上部混合空间10优选地被供以来自同一容器的水。图5中所示出的制作确保了混合装置5被供以具有合适粒径的干燥材料，即，确保合适的初始材料用于根据本发明的处理过程。
图5示出了用于将第二混合物从下部混合空间12再循环到上部混合空间10中的管道以及用于排出混合物的管道。此外，在图5中还示出了填埋区，其中该混合物通过泵74经由管道传送至填埋区。
在燃煤发电站中，常常使用烟气脱硫装置来减少对环境的污染。这些技术中的大多数都基于以下事实：烟气的二氧化硫含量可以通过钙化合物结合，这样的结合反应制成亚硫酸钙或硫酸钙(石膏)的最终产品。
最经常使用的脱硫工艺是提供超过90％的非常高的效率的所谓湿式技术。湿式技术的应用通常导致两种不同类型的废物产品：
·已被引导通过真空过滤器的、被烟气中流动的其他材料(例如粉末煤)轻度污染的具有10％至20％的水分含量的石膏，和
·包括高浓度的氯化物(20,000mg/l至80,000mg/l)、Ca和Mg离子(1,100mg/l至4,000mg/l)、SO4(近似1,500mg/l)和重金属Cd、Hg、Ni、Pb、Zu、Solemin(总共近似50mg/l)以及其它化合物的洗涤水。
在还受到飞灰含量和用于燃烧的煤的硫含量的影响的情况下，熔渣、飞灰和石膏的比率可能会发生变化。通常，石膏的量为熔渣和飞灰的总量的四分之一到五分之一。
优选地不进行结合并具有10％至20％的水分含量的石膏存储在发电站站点处的大的贮仓、沉积物容器中。其偶尔可以作为建筑材料出售，这往往需要永久性沉积物。对于这样的沉积物，可以使用用于沉积熔渣和飞灰的相同的浆料空间(填埋区)。将洗涤机的废水收集到容器中。原则上存在对纯化的选择，尽管如此，其引起用于沉积即置入容器中的成本明显较少。优选地，通过用水稀释石膏(石膏浆料)，其可以以与从熔炉空间到达的熔渣相同的方式供给到混合装置中。
低比率的石膏并无害处，相反地，其提高了所沉积的混合物的坚固性及其他特性。因此，粉末或粒状材料的最大石膏含量优选为20wt％，这是因为更高的比率将会降低沉积物的质量。
在我们的测试中，已经历过的是，虽然使用各种来源的废水而不是使用干净水使固化时间增加，但是其可以提高经固化的沉积物的主要特性。例如，由于在混合物中存在浓Ca离子，脱硫废水首先引起发生石膏化，其进行离解，从而形成所谓的钙矾石矿物结构。
迄今为止实验已经证明，将其他半干燥或干燥(CaSO3*2H2O)技术的废物材料混合到该混合物中也是有利的。已经利用来自循环流和混合流体熔炉的底灰完成了大规模的工业实验，其中，根据技术特点，除了煤之外，石灰石也被供给到熔炉中。已发现，石灰石添加物增加了底灰的游离钙氧化物的含量，并因而有利地影响稠密浆料沉积物的物理参数。
在按照计划使熔炉停止提供原材料、初始输入材料的情况下或在操作混合装置与长距离管道一起停止的任何其他情况下，对长距离管道的洗涤与对混合装置的洗涤一起完成。在这点上，在已经停止供给飞灰后，从混合水管提供在混合装置中进行洗涤所需量的水，该混合装置以类似于根据本发明的方法的方式、按照本文上面详细描述的那样进行操作，并且洗涤水是通过输出泵排出的。因而，输出泵运送逐渐减少的浆料、然后运送原水通过长距离管道。在这样的情况下，再循环泵28、30也可以处于操作中；因此，这些泵与它们各自的管道一起也被洗涤。
确定洗涤程序所需的水的量的基本标准是：该洗涤水应当以与输出的稠密浆料(混合物材料)相同的强度沿着长距离管道移动，然而出于安全原因，建议使用超过长距离管道的容积的洗涤水的量。基于实际经验，洗涤水的量(VMV)近似等于长距离管道的容积(VTV)的1.5倍。
VMV＝1.5VTV
因此，输出泵的运输能力决定所需要的洗涤时间。
在长距离管道具有不均匀倾角的情况下，这样的长距离管道需要在洗涤后使深处点清空。应当根据与运送水的长距离管道有关的有效规定进行另外的步骤。
如果质量流率为DSF[t/h]的、通过密度DSO[t/m3]表征的干燥固体材料与水(DSW＝1t/m3)以给定的固/液比(RM)完全混合，则所产生的浆料混合物可以如下进行表征：
·密度：DSL[t/m3]，其中DSL＝(RM+1)/(RM/DSO+1)
·体积流率：VSL[m3/h]，其中VSL＝(1/RM+1/DSO)*DSF
·质量流率：MSL[t/h]，其中MSL＝(1/RM+1)*DSF
·所需的混合水流：VMW[m3/h]，其中VMW＝(1/RM)*DSF。
该固体材料的密度被理解为紧密材料的密度，而不是被理解为还含有空气的集合的密度。在实践中，固体材料的密度可以通过如下方式来测量：向1kg的干燥材料中加入1kg的水，并且在充分混合后，确定混合物的体积。密度可以从液体的体积增加来推断：
DSO＝1/(VSL-1)。
用于飞灰和熔渣的典型数据：DSO＝1.9-2.4t/m3。
实际上，该混合物还可能含有气泡，由此其密度略低于完全混合的模型的密度。这可以用指示产品的孔隙率的指标(PSL)来表示，其中
PSL＝(孔体积-计算体积)/孔体积＝(VSP-VSL)/VSP。
鉴于此，多孔材料的密度应当相应地进行修正。
输入数据可以以不同于上述内容的方式进行定义(例如，固体材料的密度被给定为集合的密度)或者原材料的输入质量流率涉及湿润材料而不是干燥材料(例如，熔渣出口传送器之后的湿润熔渣)，其必须在计算中加以考虑。
混合过程的产品(即混合物)的重要特征是其稠度，这可以以类似于粘度的方式进行测量和表征。
与给定材料相关的动态粘度很大程度上依赖于密度，而该粘度仍然在该给定材料驻留于混合器期间变化。
动态粘度η的量纲为Pa*s，运动粘度为v＝η/ρ，这里ρ为密度[kg/m3]，运动粘度的量纲为[m2/s]。稠密浆料的典型值为ρ≈1400kg/m3、η≈0.3Pa*s、v≈2m2/s。
当指定给产品的质量特性均已达到并且参数成为永久性时，混合可以被视为已完成。以下因素可能是重要的：
·密度，
·粘度/稠度，
·温度，
·pH。
在稠密浆料混合的情况下对于获得指定参数所需的驻留时间取决于原材料的化学组成。具有低含量的游离CaO、MgO以及SO3的飞灰的实际值的范围介于3至5分钟之间，其中温度升高可忽略不计。在具有高含量游离CaO的材料的情况下，认为更长的驻留时间和更加显著的温度升高部分处于混合器和长距离浆料管道中，并且部分处于填埋区处；而在能够进行上述水化的其他成分存在的情况下，稠密浆料的矿化已经在混合装置中开始，其也是一种放热过程。驻留时间是固体颗粒在混合过程中驻留的时间间隔。驻留时间(TMD)如下进行定义：
TMD＝VM/VSL，其中VM是正常浆料料位下的净混合器容积。
图6示出了类别C飞灰的水化图。在图中示出，当使用根据本发明的方法时，水化以非常快速的方式发生，30分钟后水化达到合适的值，此后水化速率将基本上不再改变。该水化可能发生在混合器中、在长距离管道中和/或在填埋区处。
水化在填埋区处继续进行，并且硅酸钙和硅铝酸钙的矿化开始，水化的CSH和CASH形成，从而提供80至90天的连续热发展，如图6所示。
根据本发明，测量第二混合物的表面的位置的压力计优选地为膜压力发送器。膜压力传感器头优选地包在橡胶套中以免受磨损(在套和膜传感器之间填充有仪器用油)，并且优选被定位成使得浆料流不会碰撞到传感器表面。压力计膜通过橡胶套或橡胶帽被制成为抗磨损的。
对于混合装置的下部混合空间中的料位测量，可以如下所述的那样使用间接的压力/密度测量过程。根据从给定测量点取得的压力值，过程控制计算机将基于关系式h＝压力/密度来生成在测量点之上的料位的高度。流动速率可以通过抗磨损的感应流量计来测量。密度根据压力差来确定，该压力差可以根据膜(橡胶套)压力差传感器的信号进行计算，上述压力差传感器置于具有1米长的经校准内部尺寸宏观截面的入口点和出口点处并且内置于再循环管道(管道32)的竖直段中。浆料密度由计算机在偏移差和浆料流动速率的基础上以本身已知的方式确定。
在化工行业(例如油漆稠度)中使用的测量仪器可以用作粘度/稠度计。
该混合过程通过作为混合装置一部分的过程控制计算机来控制，该过程控制计算机具有诸如调节、控制、显示以及干预等功能。除了控制该混合过程之外，过程控制计算机还可以控制熔渣/飞灰的收集、存储、递送的处理。
混合装置的相关受控变量为固/液比，其中固体材料的量是根据分配器的转动速度计算的数据，并且水的量为包括添加的其它废物(如熔渣或熔渣浆料)的水含量的测量值。另外的受控变量可以包括浆料密度和混合物稠度(粘度)或与其成比例的可测量物理参数，诸如再循环泵的功耗。在图4中示出了如上详述的受控变量的关系。
调节中所包括的阈值参数为所递送的稠密浆料的最小值，其适当选择可以防止导致颗粒分离和管线堵塞的低浆料速度。混合水的量以结合图4详细描述的方式通过混合水调节阀进行调节。
虽然混合装置中再循环的速率(再循环进入上部混合空间中和进入下部混合空间的上部中的速率)是重要的计划数据，但是不需要连续调节再循环。尽管如此，在低负荷下，可以通过速度/频率调节来降低再循环，以节约能量。然而，仅在有限的程度上，这是因为喷嘴的用于确保混合的输出速度不得低于5m/s，并且该混合装置的管***中的流动速度不得低于1.2m/sec，以防止较大尺寸颗粒的沉积(settlement)。
混合容量由入口固体材料的质量流确定，该质量流取决于站点/熔炉负荷。优选地，飞灰在进入上部混合空间之前存储在贮仓中，以提供适当调节所需的平均时间。还优选的是具有用于其它燃烧残余物(如湿润熔渣)的内置存储容量，然而考虑到这些燃烧残余物和飞灰相比最大30％的低比率，可以将它们省略。
可以通过将飞灰贮仓中的料位维持在恒定值来进行容量调节。在这种情况下，混合容量将基本上自动跟随提供飞灰的熔炉的容量。
在这种情况下选择飞灰贮仓的料位(优选地其时间平均值)作为受控变量。作为干预，可以控制贮仓的出口供给装置速度，即，可以通过控制负责调节飞灰的量的设置模块61(参照图4)来进行干预。
调节中包括的阈值参数：递送管中的稠密浆料压力(用以限制混合容量的最高点)。如果混合容量太高，则有可能引起例如：切换至预留管道，操作管道上短期的出口泵关闭，或者短期的飞灰旋转式供给装置关闭。
容量跟踪可能会临时受其他方面压制，以便于利用飞灰贮仓的存储容量。
入口固体材料和混合水的量与出口稠密浆料的量之间的平衡可以通过将混合容器的液位维持在恒定值得以确保。这也可以通过以下方式实现：经由出口泵的速度/频率调节来改变出口稠密浆料的量。
因此，受控变量为能够在混合容器中(在下部混合空间中)测量到的材料的料位。作为干预，可以改变出口泵的旋转速度。
优选地，在根据本发明的方法中，还可以如下使用各种保护、阻挡。
·如果在排出管道中速度降到给定的最小值(1.5m/s至2m/s)以下，则要通过增加混合质量调节的参考输入来增加待混合的水的量。
·如果排出管道的初始压力增加到给定的最大值(操作压力的近似1.3倍)以上，则优选地使所进入的飞灰的量降低。
·如果位于混合装置之前的飞灰贮仓的料位下降至最小值，则该混合装置停止，清洗程序开始，并且停止排出。
·如果混合器中液位下降至最小值(使得第二混合物的表面接触下部混合空间的柱形部分的底部)，则首先要增加辅助水进入量(通过使质量调节无效)，然后如果不成功，则要停止飞灰/熔渣的进入，转而启动洗涤程序，然后停止排出。
·如果混合器中液位上升至最大值(表面将接触挡板件)，则首先要将排出装置的输出能力增加到最大值，然后如果不成功，则要使飞灰的进入停止，并且要减少辅助水进入量，最终使该混合装置停止。
·如果混合装置中密度/压力值上升至最大值(操作压力的1.2倍)，则要停止飞灰的进入，同时增加辅助水的进入(通过使质量调节无效)。
在混合装置的连续操作期间，混合物驻留在混合装置中，或参与混合过程(在容器部分中的再循环、喷嘴加速和碰撞、喷射效应离心螺旋行进)。由此，在装置内或在长距离管道内已发生成分的显著速率的水化。
上述结果是针对混合的有效性的说明。尽管混合和排出时间较短，但是矿物形成所需的石灰水化基本上已在位于浆料输出管的端部处的填埋区得以确保。
由于混合物的高速流动速率(2-2.5m/s)，固体颗粒的混合过程和水化在管道中继续发生。
在下文中，描述了混合物中氯化物结合的机制。类似于包含胶泥的矿物结构，与作为混合水的FGD(烟气脱硫)废水一起运输到稠密浆料中的氯化物离子(CaCl2或MgCl2)被碱性介质中的飞灰C3A(其中C3A＝3CaO*Al2O3+10H2O)含量结合，从而形成C3A*CaCl2*H10(弗里德尔盐)。
类别F飞灰不具有游离CaO，并且FGD废水仅具有总共1wt％至2wt％，因此稠密浆料(混合物)的混合优选地通过分配所需量的石灰水化物或石灰来进行。应当基于先前的矿物计算然后通过测试混合来确定分配的速率。
在飞灰中处于玻璃相(由于快速熔化和固化)的活性铝和硅酸盐矿物在Ca(OH)2介质中反应，然后达到凝胶相，它们形成为具有不同饱和度的铝酸钙水化矿石和硅酸钙水化矿石，同时结合钙和镁的氯化物。
给定飞灰的对应于上述内容的火山灰活性可以通过石灰结合过程来确定，即，通过测量1克飞灰在饱和石灰质介质中的时期为28天时可以结合的CaO的量来确定。
驻留在FGD废水中的Cl(CaCl2、MgCl2)如下结合到矿物结构中。
技术：通过根据本发明的方法中所使用的混合装置将类别F飞灰/FGD废水以1：1的比率混合，然后通过添加CaO来制作稠密浆料，最后进行沉积。
添加物：熟石膏CaO(分配溶解的CaOH到FGD废水中)。
Cl结合的类型：火山灰。
下文中，将使用如下的简化化学符号：C＝CaO，S＝SiO2，H＝H2O，A＝Al2O3，F＝Fe2O3，S*＝SO3。
用于Cl结合的化学关系如下：
a)C3A*CaCl2*H10
b)C3F*CaCl2*H10
C3A和C3F呈现如图7所示的飞灰颗粒的处于(基于硅酸盐的)玻璃相的布置。如图7所示的基于硅酸盐的飞灰颗粒76被包在薄玻璃表面中，该薄玻璃表面是由C3S、C3A、C3AF、C3ACS形成的。飞灰颗粒76之间的凹部还包含含有Ca(OH)2的碱性(pH≈11-12)废水78(优选地来自脱硫过程)。
对于火山灰结合(用于CSH结晶)，来自匈牙利电厂的、与类别F飞灰的组成类似的飞灰具有最大为100g CaO/1000g飞灰的结合能力。
化学计算已揭示出，通过分配CaO，可以调整结合FGD的CaCl2和MgCl2含量所需的Ca离子剩余。
这通过以下检查步骤进行：
·确定类别F飞灰的火山灰结合能力，然后
·基于混合实验确定添加物的最佳量。
由于技术或其他因素，干燥熔渣或干燥底灰容器或湿润熔渣容器可以安装在离飞灰容器较大距离处。在这种情况下，建议通过两个串联连接的混合装置从燃烧残余物制作稠密浆料。引入到第一混合装置中的飞灰被制作成密度为例如1.16kg/dm3的较稀薄飞灰浆料，其由提升泵转移到第二混合装置中，并且通过使其与经由压力增加引入到第二混合装置中的熔渣和底灰进行混合，制成具有计划密度的稠密浆料。在此之后，输出泵通过连接的长距离管道将稠密浆料输送到填埋区。当然，还将无浆料的混合水加入到第二混合装置中。
根据本发明的方法中所使用的混合装置可以以节能且非常有效的方式操作，以制成均质的稠密浆料。在混合装置中，熔渣和飞灰颗粒(后者在浆料状态下时基本上是熔渣颗粒的均质运输介质)在混合过程期间在装置的各点混合在一起：
-在再循环泵和管道中，
-在再循环浆料入口喷嘴中，并且通过离开所述喷嘴的浆料射流的速度能量的碰撞性破坏，碰撞到位于容器中的圆锥表面，
-最后，通过容器的底部锥形部内的离心场的速度矢量的加速，以及通过颗粒的竖直加速并且通过碰撞到容器的锥形表面。
根据本发明的方法中所用的混合装置是具有气体或空气抽吸***的封闭***装置，该气体或空气抽吸***能够连接至该混合装置的混合容器(下部混合空间)以提供轻微真空。
优选地，通过使管道***和喷嘴的内表面装配有橡胶或陶瓷壳，可以将混合装置制成为抗磨损的。
通过布置用于确保切线方向入口的再循环入口端口(参照图3)来促进混合装置的自清洁。通过在内表面上沿竖直方向旋转的螺旋浆料流来消除浆料的粘附。
根据本发明的方法可以适应新的以及现有的发电厂技术。对于新的发电厂，应当按照以下方式使用。在回收点，大部分燃烧残余物可以用作含粗粒飞灰(所谓的eco飞灰、空气加热器飞灰)以及细飞灰的干燥固体材料。来自粉末燃煤熔炉的燃烧空间的燃烧残余物一般会过热并且过于粗糙，因此在进一步运输之前，通常使它们在熔渣烧制耙水池中进行冷却并对它们进行研磨。在流体熔炉的情况下，如果需要，则使底灰在灰冷却器中进行冷却，然后对其进行研磨。
干燥的粉末状材料也可以气动地传输至根据本发明的方法所使用的混合装置。
当然，本发明并不限于上面所详细描述的优选实施例，而是可以在由权利要求书所确定的范围内进行另外的变型、组合、修改和改进。

Claims (10)

1.一种用于制作粉末或粒状材料与液体的混合物的方法，包括：
-通过将所述粉末或粒状材料经由入口料斗传送到上部混合空间中并通过将所述液体供给到所述上部混合空间中，制作第一混合物；
-将所述第一混合物通过导管引入到下部混合空间中，以及通过使所述第一混合物碰撞到挡板件来制作第二混合物，所述导管连接所述上部混合空间的底部与所述下部混合空间的上部，所述下部混合空间具有柱形空间部分和锥形空间部分；
-通过布置在所述下部混合空间的底部处的所述锥形空间部分来排出所述第二混合物，并通过划分所述第二混合物，
-将第一混合物部分作为混合物材料排出，
-使第二混合物部分再循环进入所述上部混合空间中，以及
-将第三混合物部分传送到所述下部混合空间的上部中，
其特征在于，
-将所述第一混合物部分与所述第二混合物部分的比率选择为介于1:1和1:4之间的值，同时将所述第一混合物部分与所述第三混合物部分的比率选择为介于1:1和1:5之间的值，以及
-在所述下部混合空间中，调整所述第二混合物的量，使得所述第二混合物的表面处于所述下部混合空间的所述柱形空间部分内并且与所述挡板件隔开。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述第一混合物部分与所述第二混合物部分的比率选择为介于1:1.5和1.3之间的值，优选地近似1:2，并且将所述第一混合物部分与所述第三混合物部分的比率选择为介于1:2和1:4之间的值，优选地近似1:3。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，近似沿切线方向将所述液体引入所述上部混合空间中和/或将所述第三混合物部分引入所述下部混合空间的上部中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过布置在所述柱形空间部分的侧壁中的至少一个压力计来检测所述第二混合物的表面。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，最低压力计位于所述锥形空间部分上方最大150mm处。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，使用布置在橡胶套中的压力计。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将飞灰用作粉末或粒状材料并且从飞灰贮仓供给所述飞灰。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，飞灰具有至少70wt％的干燥飞灰含量。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还将熔渣浆料供给到所述上部混合空间中。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将粉末或粒状材料与最大20wt％含量的石膏一起使用。
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