專利名稱：用于重介質(zhì)分離的旋流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于重介質(zhì)分離的旋流器，其適用于粉煤(-2+0. 25mm)組分 (fraction)的重介質(zhì)分離。更特別地，本發(fā)明涉及在分離過(guò)程期間使旋流器內(nèi)部的紊流減 到最小程度的用于重介質(zhì)分離的旋流器。
背景技術(shù)：
旋流器內(nèi)部的泥漿流動(dòng)特性相當(dāng)復(fù)雜。這使設(shè)計(jì)師依賴于預(yù)測(cè)旋流器性能的經(jīng)驗(yàn) 公式。這些經(jīng)驗(yàn)關(guān)系源于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析并且包括操作變量和幾何變量的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 的不同集合產(chǎn)生用于相同基本參數(shù)的不同公式。然而，這些經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ途哂腥魏谓?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷?固有缺陷。也就是說(shuō)，模型只能在確定模型參數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍內(nèi)使用。就該缺陷來(lái)說(shuō)，以 流體力學(xué)為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型非常合適。數(shù)值方法“計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD) ”是指在旋流器主體內(nèi)的結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化三維 網(wǎng)格上進(jìn)行納維爾-斯托克斯方程數(shù)值處理。通過(guò)RSM(雷諾應(yīng)力模型)和LES (大渦流模 擬)實(shí)現(xiàn)紊流模型化，從而獲取在重介質(zhì)旋流器中觀察到的高旋流形態(tài)。CFD提供了在各種 研究和操作條件下預(yù)測(cè)速度分布的方法。作為所有CFD方法基礎(chǔ)的納維爾-斯托克斯方程 數(shù)值處理在80年代早期逐漸用于旋流器特性的分析。這源于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展以及 對(duì)紊流數(shù)值處理的更透徹理解?！胺勖褐亟橘|(zhì)分離方法”在這里是指粉煤料在預(yù)定分離點(diǎn)(cutpoint)分離成重的 組分和較輕比重的組分。在所述方法中，顆粒物料被攜帶在濃稠液體介質(zhì)中，所述濃稠液體 介質(zhì)典型地包括水和致密物料顆粒(例如，超細(xì)磁鐵礦粉)的混合物。目前，重介質(zhì)旋流器(DMC)是用于對(duì)尺寸為-20+0. 5mm的煤進(jìn)行沖洗的工藝設(shè)備 中最好的一種。與例如許多印度煤相關(guān)的難沖洗特征通常源于存在大量近零重力的物料 (NGM)。這使DFC對(duì)于大多數(shù)印度洗礦者來(lái)說(shuō)是顯而易見的選擇。為了從原礦(ROM)煤中 產(chǎn)出低灰分潔凈煤，有必要將ROM壓碎到微細(xì)尺寸以釋放出灰分和煤。對(duì)生成的中等尺寸 組分的(-2+0. 25mm)粉末進(jìn)行分選的較為有效的方法之一是用小直徑旋流器進(jìn)行重介質(zhì) 操作。圖1顯示了現(xiàn)有的重介質(zhì)旋流器。該傳統(tǒng)的重介質(zhì)旋流器10包括圓柱形進(jìn)口腔 室11，介質(zhì)與原煤的混合物通過(guò)進(jìn)口 12沿切向進(jìn)入所述進(jìn)口腔室，從而形成強(qiáng)烈的豎直流 動(dòng)。殘?jiān)蚋呋曳诸w粒由于離心力沿著旋流器的壁13運(yùn)動(dòng)，在壁上的速度最小并且通過(guò)底 流嘴口 14或砂口排出。較輕洗煤由于高速區(qū)域處的拖曳力而朝向旋流器的縱軸線15流 動(dòng)，并且流過(guò)溢流嘴口或旋渦溢流管16 (有時(shí)也稱作溢流腔室)。利用這種類型的旋流器， 在作為底流排出的較粗顆?；蚩斐令w粒之間的空隙內(nèi)夾帶有細(xì)顆?；蚵令w粒。由于入口 流和旋轉(zhuǎn)流的碰撞，旋流器內(nèi)的紊流波動(dòng)也變得顯著。由于不適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)入口和主體截面設(shè) 計(jì)，這些旋流器與大量短路流和內(nèi)部上升流的短停留時(shí)間聯(lián)系在一起。處理能力和性能受 到通過(guò)軸向出口的流動(dòng)的限制。因此，對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這類旋流器在減小的進(jìn)料速度下 操作，以便在低比重組分和高比重組分之間獲得所需的分離點(diǎn)。
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我們需要開發(fā)一種用于DMC的新穎設(shè)計(jì)，以便從例如印度發(fā)現(xiàn)的高NGM煤中回收 潔凈煤灰分(< 8% )。這在可以設(shè)計(jì)出效率提高的重介質(zhì)旋流器的情況下尤為有利，所述 重介質(zhì)旋流器能夠生產(chǎn)出灰分減少的產(chǎn)物。這在可以設(shè)計(jì)出的具有有效分離細(xì)顆粒能力的 重介質(zhì)旋流器的情況下同樣有利。利用綜合性CFD模型已經(jīng)開發(fā)出了一種用于有效煤分離(重點(diǎn)是-2+0. 25mm的細(xì) 微組分)的新穎的DMC改進(jìn)設(shè)計(jì)。特別地，使用Fluent通過(guò)結(jié)合用于空氣柱、用于顆粒尺 寸為0. 25到2mm的磁鐵礦粉介質(zhì)拉格朗日粒子循跡的構(gòu)件模型已經(jīng)發(fā)展了能夠預(yù)測(cè)旋流 器性能的DMC的CFD模型。這產(chǎn)生了如下所述的發(fā)明。發(fā)明目的因此，本發(fā)明的目的在于提供用于粉煤的重介質(zhì)分離的CFD旋流器，其消除了現(xiàn) 有技術(shù)的缺陷。本發(fā)明的另一目的在于提供用于粉煤的重介質(zhì)分離的CFD旋流器，其能夠預(yù)測(cè)旋 流器的性能并且利用Fluent通過(guò)結(jié)合用于空氣柱、磁鐵礦粉介質(zhì)和煤顆粒的構(gòu)件模型得 以改進(jìn)。本發(fā)明的又一目的在于提供用于粉煤的重介質(zhì)分離的CFD旋流器，其通過(guò)延長(zhǎng)粉 煤顆粒的停留時(shí)間并使旋流器內(nèi)的回流區(qū)最小化而分離粉煤顆粒。本發(fā)明的再一目的在于提供用于粉煤的重介質(zhì)分離的CFD旋流器，其使旋流器內(nèi) 的短路和回流區(qū)最小化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有利地提供了改進(jìn)的重介質(zhì)旋流器模型，其相對(duì)于粉煤精選的傳統(tǒng)旋流器 而言具有提高的處理能力。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于重介質(zhì)分離的旋流器，包括旋流器主體，其限定具有內(nèi)壁表面的內(nèi)部空間；包括下端的旋渦溢流管，所述下端縱向延伸到旋流器主體的內(nèi)部空間的上部區(qū)域 中；與旋渦溢流管的上端相關(guān)的溢流出口 ；與旋流器主體的內(nèi)部空間的上部區(qū)域流體連通的進(jìn)料口 ；和與內(nèi)部空間的下部區(qū)域相關(guān)的出口；其中，內(nèi)部空間的內(nèi)壁表面從內(nèi)部空間的上部區(qū)域向內(nèi)向下彎曲到內(nèi)部空間的下 部區(qū)域。根據(jù)CFD預(yù)測(cè)，在傳統(tǒng)的重介質(zhì)旋流器(如圖1所示)中，在旋渦溢流管頂端附近 存在非常高的紊流動(dòng)能。如所預(yù)期的，從圓柱段到圓錐段的突然過(guò)渡產(chǎn)生向下通過(guò)旋流器 主體的明顯的紊流波動(dòng)源。這些波動(dòng)通常在頂端區(qū)域的底部附近傳播非常高的紊流動(dòng)能。 將傳統(tǒng)DMC的圓柱_圓錐形狀改變?yōu)槿缜耙欢温渌龅膱A壁設(shè)計(jì)有利地減少或避免了因圓 柱圓錐段相交處分離引起的紊流波動(dòng)。另外，有利地，本發(fā)明設(shè)計(jì)中的處理能力高于如上所 述的傳統(tǒng)旋流器。另外，可以預(yù)期，圓壁設(shè)計(jì)可以明顯延長(zhǎng)微粒在旋流器內(nèi)的停留時(shí)間，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以認(rèn)識(shí)到該旋流器為有利的。
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優(yōu)選地，內(nèi)部空間的內(nèi)壁表面的曲率大體上沿著旋流器主體的縱向長(zhǎng)度延伸。更 特別地，在優(yōu)選實(shí)施例中，內(nèi)部空間的內(nèi)壁表面的曲率值從旋渦溢流管的下端向內(nèi)部空間 的下部區(qū)域沿縱向方向連續(xù)增加。更優(yōu)選地，出口與內(nèi)部空間的下部區(qū)域相關(guān)。內(nèi)壁表面的彎曲度沒有特別限制，可以視情況而定。然而，在特定實(shí)施例中，內(nèi)部 空間的內(nèi)表面的曲率從進(jìn)料口緊下方位置的大約1°增大到出口處的大約20°。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，旋渦溢流管具有外表面，該外表面沿著旋流器主體的 縱軸線向外向下成錐形到內(nèi)部空間的上部區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施例的旋渦溢流管外表面的錐形程度沒有特別限制。然而，優(yōu)選 地，旋渦溢流管的外表面以與旋流器主體的縱軸線成9°的角度向外向下成錐形。溢流出口可以相對(duì)于其下端根據(jù)需要進(jìn)行定位，所述下端縱向延伸到旋流器主體 的內(nèi)部空間的上部區(qū)域內(nèi)。通常，溢流出口優(yōu)選設(shè)置在旋渦溢流管的上端上并且與旋流器主體的縱軸線對(duì) 準(zhǔn)。進(jìn)料口可以具有任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)造。然而，在優(yōu)選實(shí)施例中，進(jìn)料口包括漸開線管 道，其圍繞旋流器主體的上端的一部分圓周延伸。更特別地，漸開線管道優(yōu)選地沿旋流器主 體的上端的圓周水平延伸并且包括后壁，所述后壁向內(nèi)彎曲并且與旋流器主體上端的內(nèi)壁 表面相連。內(nèi)部空間的上部區(qū)域可以具有大體上圓筒形狀，與傳統(tǒng)旋流器中的0.67DC相 比，所述圓筒從旋流器主體的頂端延伸到1.23Dc。大體上圓筒與旋流器的內(nèi)部空間更圓 的內(nèi)壁表面融合，從而與傳統(tǒng)旋流器相比具有更高的處理能力。旋流器全長(zhǎng)通常大約為 3. 23-3. 5Dc，實(shí)際上，對(duì)于350mm的旋流器來(lái)說(shuō)為1. 23m。有利地，如上所述的改進(jìn)入口設(shè)計(jì)包括旋渦溢流管的優(yōu)選形狀和進(jìn)料口的優(yōu)選形 狀，該設(shè)計(jì)從概念上使高比重組分到溢流口的短路最小化成為可能。而且有利地，該設(shè)計(jì)在 旋流器主體的內(nèi)部空間的上部區(qū)域中提供了較大的離心力。


圖1是本領(lǐng)域已知的DSM重介質(zhì)旋流器的示意性橫截面視圖；圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明的重介質(zhì)旋流器的示意性橫截面視圖；圖3是用于預(yù)測(cè)重介質(zhì)旋流器性能的已開發(fā)的CFD模型的方法的示意圖；圖4是比較現(xiàn)有旋流器和圖2A和2B所示旋流器的預(yù)測(cè)紊流動(dòng)能的圖表；圖5是比較現(xiàn)有旋流器和圖2A和2B所示旋流器的預(yù)測(cè)等密度線的圖表；和圖6是比較現(xiàn)有旋流器和圖2A和2B所示旋流器的預(yù)測(cè)性能的另一圖表。優(yōu)選實(shí)施方式參考圖2A和2B，顯示了旋流器20，其包括由旋流器主體壁22限定的旋流器主體 21。旋流器主體壁22具有限定內(nèi)部空間24的內(nèi)壁表面23，分離過(guò)程發(fā)生在所述內(nèi)部空間 內(nèi)。旋渦溢流管25延伸到旋流器主體21的內(nèi)部空間24的上部區(qū)域26中。旋渦溢流 管25沿軸向取向并且包括與上端相關(guān)的溢流出口 27。設(shè)置與內(nèi)部空間24的上部區(qū)域26流體連通的進(jìn)料口 28。進(jìn)料口為漸開線式，如
6圖2B所示，其中，進(jìn)料口 28的壁29為彎曲的并且與位于旋流器主體21的上端35處的內(nèi) 壁表面23相連。進(jìn)料口 28提供了用于將流體流引入內(nèi)部空間26的裝置，下文將對(duì)該裝置 進(jìn)行更詳細(xì)的描述。砂口 30設(shè)置在內(nèi)部空間24的下部區(qū)域31中并且提供用于將流體和 高密度物料從旋流器主體21排出的軸向?qū)б某隹?32?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)旋流器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則確 定下部區(qū)域31的砂口 30的直徑。旋流器主體壁22的內(nèi)壁表面23大體上沿旋流器主體21的長(zhǎng)度向內(nèi)向下彎曲。內(nèi) 壁表面23典型地從進(jìn)料口 28的底部以與旋流器主體21的縱軸線33成1°到20°的連續(xù) 改變的錐角向內(nèi)向下彎曲到砂口 30。內(nèi)壁表面23的收斂圓形性質(zhì)對(duì)產(chǎn)生通過(guò)旋流器主體 21的內(nèi)部空間24的適當(dāng)螺旋流體流動(dòng)形態(tài)以達(dá)到希望的分離度來(lái)說(shuō)是重要的。在處理涉及微粒(例如，小于2mm)的分離時(shí)，內(nèi)部空間24的上部區(qū)域26中的較小 角度是重要的。人們認(rèn)為在靠近內(nèi)部空間24的下部區(qū)域31中的砂口 30處具有接近20° 的角度可以避免發(fā)生大流量波動(dòng)(如果有的話)。因此，人們認(rèn)為，與如上簡(jiǎn)要描述的傳統(tǒng)旋流器相比，本發(fā)明的設(shè)計(jì)允許更大量的 高比重組分通過(guò)出口 32。如上所述，旋渦溢流管25大體上沿軸向延伸到旋流器主體21的內(nèi)部空間24的上 部區(qū)域26中。旋渦溢流管25限定將流體和夾帶顆粒從旋流器排出的溢流出口 27。旋渦溢 流管25終止于內(nèi)端34，內(nèi)端34位于旋流器20的進(jìn)料口 28下面至少最小距離處。在位于 旋流器主體21的上端35處的內(nèi)壁表面23和旋渦溢流管25之間限定的內(nèi)部空間24的上 部區(qū)域26形成旋流器20的進(jìn)料區(qū)。就旋流器20的進(jìn)料區(qū)而言，從旋流器主體21的頂端 延伸到剛好位于進(jìn)料口 28下面的位于旋流器主體21的上端35處的內(nèi)壁表面23以通常6 度的角度向內(nèi)向下成錐形。旋渦溢流管25包括朝向其內(nèi)端34向外向下成錐形的外壁36。 所示的旋渦溢流管25相對(duì)于旋流器主體21的縱軸線以9°的角度向外成錐形。位于旋流器主體21的上端35處的內(nèi)壁表面23的向內(nèi)錐形部和旋渦溢流管25的 內(nèi)壁36的彎曲部的結(jié)合形成從進(jìn)料口 28向下至旋渦溢流管25的內(nèi)端34的橫截面積逐漸 減小的進(jìn)料區(qū)。這具有使流體、夾帶介質(zhì)和煤顆粒加速通過(guò)該區(qū)域的作用，從而增大了離心 力。此外，旋渦溢流管25的外壁36相對(duì)于旋渦溢流管25的溢流出口 27沿徑向向外隔開 適當(dāng)距離。這還具有使得用于內(nèi)壁表面23和旋渦溢流管25的外壁36之間流動(dòng)的流體的 進(jìn)料區(qū)的橫截面積減小的作用。更詳細(xì)地，進(jìn)料口 28包括使進(jìn)料穿過(guò)引入的開口和圍繞旋流器主體21的上端35 的一部分延伸的漸開線導(dǎo)管38。漸開線導(dǎo)管38的外壁29向內(nèi)成錐形，如圖所示。同樣，這 具有在進(jìn)料位于旋流器主體21中心時(shí)使其加速的作用。通常，直徑比dl d2為大約2. 25。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，進(jìn)口管道38和相關(guān)管道開 口 37的尺寸和結(jié)構(gòu)可以典型地根據(jù)旋流器按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的應(yīng)用來(lái)確定。在使用中，包含夾帶煤顆粒的流體流在壓力下通過(guò)進(jìn)料口 28的開口 37進(jìn)入并且 沿旋流器主體21向下朝向底流出口 32成螺旋形流動(dòng)。流體和夾帶的煤顆粒通過(guò)進(jìn)料區(qū)的 加速起到減少朝向溢流出口 27的短路流的作用。迅速回旋的流體流使較重顆粒朝向旋流器主體21的內(nèi)部空間24內(nèi)、靠近旋流器 主體壁22的徑向外部位置移動(dòng)。較輕顆粒移動(dòng)到內(nèi)部空間24內(nèi)的徑向內(nèi)部位置。因此， 較重顆粒趨向于通過(guò)底流出口 32離開旋流器。
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迅速回旋的空氣柱從底流出口 32通過(guò)內(nèi)部空間24的中心區(qū)域朝向旋渦溢流管25 向上運(yùn)動(dòng)，所述空氣柱通過(guò)溢流出口 27從旋渦溢流管排出。非常不穩(wěn)定的回旋空氣柱夾帶 較輕顆粒。用于重介質(zhì)旋流器20的介質(zhì)取決于在旋流器20內(nèi)進(jìn)行的實(shí)際礦物分離。對(duì)于粉 煤的處理來(lái)說(shuō)，典型地使用超細(xì)磁鐵礦，例如95% -99%的顆粒為53微米以下。典型地，根據(jù)本發(fā)明的旋流器具有100mm-350mm的直徑。術(shù)語(yǔ)“旋流器直徑”是指 旋流器主體21在頂壁部分的上端35處的直徑。數(shù)值實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)工廠的旋流器典型地具有 350mm的直徑。通常，在直徑為350mm的旋流器中，總長(zhǎng)度為1. 2m，等于3. 5Dc。這類旋流器適合 于細(xì)微顆粒分離，其中存在大量近零重力的物料，這是由于它們的中性懸浮顆粒的固有長(zhǎng) 停留時(shí)間的緣故。實(shí)驗(yàn)結(jié)果在這些比較實(shí)驗(yàn)中，DSM(荷蘭國(guó)家礦業(yè)公司)旋流器與本發(fā)明的CFD重介質(zhì)旋流 器進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。直徑為350mm，具有與水平面傾斜20°的角度并且使用超細(xì)重介質(zhì)的虛擬實(shí)驗(yàn)旋 流器用來(lái)進(jìn)行模擬。模擬中使用的旋流器的進(jìn)料壓力為1到1. 5m，其為旋流器直徑的9到 13倍。預(yù)測(cè)的旋流器的溢流和底流被記錄并且用于計(jì)算產(chǎn)物的密度。在每個(gè)完成情況結(jié)束時(shí)，紊流分析在煤顆粒循跡過(guò)程之前完成，以便了解旋流器 內(nèi)部的流動(dòng)構(gòu)造和旋流形態(tài)。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)情況已經(jīng)完成之后，利用用于顆粒尺寸為0. 25到2mm的拉格朗日粒子 循跡方法對(duì)DMC的分配特征進(jìn)行建模。根據(jù)本領(lǐng)域已知的方法計(jì)算分配數(shù)目。基本上，分配數(shù)目(或系數(shù))是各密度組分在一或其它產(chǎn)物，例如旋流器底流中的 顆粒平均概率的經(jīng)驗(yàn)測(cè)量值。分配曲線描述了分配數(shù)目與顆粒密度的關(guān)系。用于重介質(zhì)旋 流器的分離效率通常由Ep值表示，其計(jì)算如下Ep = (D75-D25) /2其中，D75是底流中概率為75%處的密度，D25是底流中概率為25%處的密度。分配曲線越陡，或者Ep值越小，則分離越好。圖6顯示了用于實(shí)驗(yàn)的分配曲線。數(shù)值實(shí)驗(yàn)清楚顯示了 CFD旋流器的性能優(yōu)于DSM旋流器。根據(jù)CFD預(yù)測(cè)，如圖4所示，人們注意到在傳統(tǒng)的重介質(zhì)旋流器中，在旋渦溢流管 頂端附近存在非常高的紊流動(dòng)能。如所預(yù)期的，從圓柱段到圓錐段的突然過(guò)渡是向下通過(guò) 旋流器主體的明顯的紊流波動(dòng)源。這些波動(dòng)通常在頂端區(qū)域的底部附近傳播非常大的紊流 動(dòng)能。將圓柱圓錐形狀改變?yōu)閺澢谠O(shè)計(jì)使得由于圓柱圓錐主體相交處分離引起的紊流波 動(dòng)減到最小程度。此外，本發(fā)明概念性設(shè)計(jì)中的處理能力高于傳統(tǒng)旋流器。CFD旋流器的某些實(shí)施例還提供了高達(dá)3. 25-3. 5Dc的延長(zhǎng)筒身長(zhǎng)度，該延長(zhǎng)部分 與旋流器的圓形壁部分大部分吻合。與傳統(tǒng)的旋流器相比，該布置提供了用于處理更高通 過(guò)量的額外空間。同樣，根據(jù)CFD旋流器的實(shí)施例，可以包括向外成錐形(9° )的厚的旋渦溢流管。 利用在概念上改進(jìn)的進(jìn)口腔室設(shè)計(jì)，有可能使高比重組分到溢流口的短路最小化。另外，該 旋渦溢流管設(shè)計(jì)提供了高離心力。
CFD預(yù)測(cè)指出，與CFD旋流器相比，磁性分離在傳統(tǒng)的DSM旋流器中非常重要，如圖 5所示。與傳統(tǒng)的DSM旋流器不同，在CFD旋流器中可以觀察到幾乎均勻的徑向磁性分離。 因此，溢流和底流之間的低密度差如下表所示。表 1
旋流器設(shè)計(jì)進(jìn)料密度，Kg/m3底流密度，Kg/m3進(jìn)料密度，Kg/m3密度差，Kg/m3DSM135217621081681CFD135015801308272可以看出，CFD旋流器能夠比傳統(tǒng)的DSM設(shè)計(jì)更迅速地分離粉煤顆粒 (-2+0. 25mm)，參考圖6。在新設(shè)計(jì)中，在使通向溢流口的短路最小化方面得到顯著改善。對(duì) 粉煤組分而言，CFD旋流器設(shè)計(jì)的總體性能與DSM設(shè)計(jì)相比得到顯著提高。這歸功于紊流 波動(dòng)、逆流和短路流達(dá)到最小程度。CFD旋流器設(shè)計(jì)比DSM設(shè)計(jì)具有更低的Ep和更高的效率。效率提高對(duì)于非常細(xì)微 的顆粒(0. 5mm,0. 25mm)來(lái)說(shuō)尤為顯著。CFD旋流器的溢流和底流之間的較低的密度差表示 旋流器內(nèi)正在發(fā)生均勻的磁鐵礦粉分離。重介質(zhì)旋流器在煤精選中起到關(guān)鍵作用。所用設(shè)備的分離效率的增大將避免次品 中煤顆粒的損失?？梢灶A(yù)期，CFD旋流器設(shè)計(jì)提高了旋流器效率，從而提高了洗煤廠的潔凈 煤產(chǎn)量。CFD旋流器設(shè)計(jì)的效率曲線與傳統(tǒng)DSM設(shè)計(jì)相比可以看出分離的顯著改善。同樣， 由于設(shè)備特別設(shè)計(jì)為分離地處理中等尺寸的煤(-2+0. 25mm)，因此在洗煤廠能夠降低潔凈 煤中的總灰分。潔凈煤中將具有較低灰分和較低焦炭灰分，鼓風(fēng)爐生產(chǎn)率相當(dāng)高。毫無(wú)疑問，上文僅僅通過(guò)本發(fā)明的示例性實(shí)例進(jìn)行了說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員 來(lái)說(shuō)顯而易見的是所有這種改進(jìn)和變形都落入如在此描述的本發(fā)明的較寬范圍內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種用于重介質(zhì)分離的旋流器，其包括倒置的錐形旋流器主體(21)，其提供具有內(nèi)壁表面(23)的內(nèi)部空間(24)；包括下端的旋渦溢流管(25)，所述下端縱向延伸到所述旋流器主體(21)的所述內(nèi)部空間的上部區(qū)域中；與所述旋渦溢流管(25)的上端相關(guān)的溢流出口(27)；與所述旋流器主體(21)的所述內(nèi)部空間的所述上部區(qū)域流體連通的進(jìn)料口(28)；與所述內(nèi)部空間(24)的下部區(qū)域相關(guān)的出口(32)；和所述內(nèi)部空間(24)的內(nèi)壁表面(23)，其從所述內(nèi)部空間(24)的上部區(qū)域(26)向內(nèi)向下彎曲到所述內(nèi)部空間(24)的下部區(qū)域(31)。
2.如權(quán)利要求1所述的旋流器，其中，所述內(nèi)部空間(24)的所述內(nèi)壁表面(23)的曲率 值沿縱向方向從所述旋渦溢流管(25)的下端向所述內(nèi)部空間(24)的所述下部區(qū)域連續(xù)增 加。
3.如權(quán)利要求1所述的旋流器，其中，所述內(nèi)部空間(24)的所述內(nèi)壁表面(23)的曲率 值沿縱向方向從緊位于所述進(jìn)料口(28)下面的位置向與所述內(nèi)部空間(24)的所述下部區(qū) 域相關(guān)的所述出口(32)連續(xù)增加。
4.如權(quán)利要求1所述的旋流器，其中，所述內(nèi)部空間(24)的所述內(nèi)壁表面(23)的曲率 值從緊位于所述進(jìn)料口(28)下面位置處的大約1°增加到所述出口(32)處的大約20°。
5.如權(quán)利要求1所述的旋流器，其中，所述旋渦溢流管(25)設(shè)置有外表面(36)，所述 外表面(36)沿所述旋流器主體(21)的縱軸線向外成錐形到所述內(nèi)部空間的所述上部區(qū)域 (26)內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的旋流器，其中，所述旋渦溢流管(25)的所述外表面(36)以與所 述旋流器主體(21)的縱軸線(33)成9°的角度向外向下成錐形。
7.如權(quán)利要求6所述的旋流器，其中，所述溢流出口(27)設(shè)置在所述旋渦溢流管(25) 的上端(35)上并且與所述旋流器主體(21)的所述縱軸線(33)對(duì)準(zhǔn)。
8.如權(quán)利要求1所述的旋流器，其中，所述進(jìn)料口(28)包括漸開線管道(38)，所述漸 開線管道(38)圍繞所述旋流器主體(21)的上端(35)的一部分圓周延伸。
9.如權(quán)利要求8所述的旋流器，其中，所述漸開線管道(38)沿旋流器主體(21)的所述 上端(35)的圓周水平延伸并且包括后壁(29)，所述后壁向內(nèi)彎曲并且與旋流器主體(21) 的上端(35)的內(nèi)壁表面相連。
10.如權(quán)利要求1所述的旋流器，其中，所述內(nèi)部空間(26)的所述上部區(qū)域(35)為大 體上圓筒形狀，所述圓筒從所述旋流器主體(21)的頂端延伸到1. 23Dc并且與所述旋流器 主體(21)的所述內(nèi)部空間(24)的彎曲的所述內(nèi)壁表面(23)融合。
11.如權(quán)利要求1所述的旋流器，其中，所述圓筒的直徑是指所述旋流器主體(21)的上 端部分的所述上端(35)的直徑，該直徑在100mm-350mm的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求1所述的旋流器，其中，總長(zhǎng)度在1.2m到1. 5m的范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求1所述的旋流器，其中，所述進(jìn)料口(28)的直徑與所述漸開線管道 (38)的直徑比可以為2. 25到2. 50。
14.如權(quán)利要求1所述的旋流器，其中，迅速回旋的空氣柱從所述底流出口(32)向上通 過(guò)所述內(nèi)部空間(24)的中心區(qū)域朝向所述旋渦溢流管(25)流動(dòng)，所述空氣柱通過(guò)所述溢流出口(27)從所述旋渦溢流管排出。
15.如權(quán)利要求1所述的旋流器，其中，用于重介質(zhì)旋流器的介質(zhì)取決于95%-99%的 顆粒為53微米以下的實(shí)際礦物分離。
16.一種操作旋流器的方法，其包括使含有夾帶的煤顆粒的流體流在壓力下通過(guò)進(jìn)口(28)的開口(37)流入；沿旋流器主體(21)朝向出口(32)成螺旋形向下流動(dòng)；和使流體和夾帶的煤顆粒加速流過(guò)進(jìn)料區(qū)，從而減少導(dǎo)引到溢流出口(27)的短路流。
17.如權(quán)利要求16所述的操作旋流器的方法，其中流體的迅速回旋流使較重顆粒朝向 所述旋流器主體(21)的內(nèi)部空間(24)內(nèi)靠近所述旋流器主體的壁(22)的徑向外部位置 運(yùn)動(dòng)，較輕顆粒運(yùn)動(dòng)到所述內(nèi)部空間(24)內(nèi)的徑向內(nèi)部位置，從而使較重顆粒趨向于通過(guò) 底流出口(32)離開所述旋流器。
18.如權(quán)利要求16所述的操作旋流器的方法，其中，迅速回旋的空氣柱從所述底流出 口(32)向上通過(guò)所述內(nèi)部空間(24)的中心區(qū)域朝向所述旋渦溢流管(25)運(yùn)動(dòng)，所述空氣 柱通過(guò)所述溢流出口(27)從所述旋渦溢流管排出，并且非常不穩(wěn)定的回旋空氣柱夾帶較 輕顆粒。
19.如大體上參考附圖在此所描述和示出的操作旋流器的方法。
20.如大體上參考附圖在此所描述和示出的用于重介質(zhì)分離的旋流器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于重介質(zhì)分離的旋流器，其包括倒置的錐形旋流器主體(21)，其提供具有內(nèi)壁表面(23)的內(nèi)部空間(24)；包括下端的旋渦溢流管(25)，所述下端縱向延伸到旋流器主體(20)的內(nèi)部空間的上部區(qū)域中；與旋渦溢流管(25)的上端相關(guān)的溢流出口(27)；與旋流器主體(21)的內(nèi)部空間的上部區(qū)域流體連通的進(jìn)料口(28)；與內(nèi)部空間(24)的下部區(qū)域相關(guān)的出口(32)，和內(nèi)部空間(24)的內(nèi)壁表面(23)從內(nèi)部空間(24)的上部區(qū)域(26)向內(nèi)向下彎曲到內(nèi)部空間(25)的下部區(qū)域(31)。
文檔編號(hào)B04C5/14GK101918143SQ200780100891
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月16日
發(fā)明者D·巴塔查爾吉, M·布倫南, N·蒙加多迪, P·K·班納吉, P·霍瑟姆, T·姆科赫吉 申請(qǐng)人:塔塔鋼鐵有限公司