CN1043852C - 对颗粒状或粒状物料进行配料的方法和装置 - Google Patents

Abstract

配料并尤其是使物料混合的方法，尤其是使至少一种颗粒状或粉状固体与一种液体混合的方法。第一种尤其是颗粒状或粉状固体借助于一种连续或脉动输入的气体流化，之后，已均匀化的气/固混合物与第二种物料，尤其是一种液体，以时间恒定地配料的方式会聚在一起并混合。为了计量此均匀化的气/固混合物，在它与第二种物料混合前供入附加的气体，此气体包围着流往搅拌器的气/固流，并平行于其流动方向地供入。

Description

对颗粒状或粒状物料进行配料的方法和装置

本发明涉及权利要求1前序部分所述之物料配料方法，尤其是混合至少一种颗粒状或粉状固体与一种液体，并涉及实施此方法所用的设备。

对于许多使用情况(例如混合)下重要的是，材料的含量要尽可能准确，或互相混合的材料配比尽可能准确。在多数情况下，可借助于按容积配料来做到这一点，此时，将预定量的容积单位输入混合设备。然而，当要混合的固体其散料密度差别很大时，按容积配料是不准确的。

现在也考虑按重量来配料。采用这种方法的前提是，物质全部是松散材料，然而却在混合时带来困难，尤其是在加入液体时倾向于结团的材料，例如飞灰。也还可考虑使用连续式天平，然而众所周知，这类天平的准确度是非常有限的，特别是因为瞬时的质量流可能在其出口受到不可预见的脉动，例如由于固体的散料密度的改变引起。采用天平还要求进行仔细地称量，因为各种材料一般都可加入，但几乎不能再分开。固体的散料密度改变时，瞬时质量流还会在其出口受到不可预见的脉动。

使用流化床配料是已知的。在这种情况下，固体可从流化床上侧溢出。当然，这还没有导致形成时间恒定的配料，因为在流化床内通常会有气泡，而且固体还局部地作不可控制的运动。

因此，本发明的目的是提供一种准确的配料方法和为此所用的设备。尤其是提供一种将至少一种液体掺入至少一种固体的混合系统，它们可按预定比例在此系统中接触并强烈混合。因此，按照本明的建议，使上述类型的方法中具有权利要求1特征部分的特征。

业已发现，上述影响时间恒定地配料的流化床中的不均匀性，并不是沿流化床的全部高度都存在，确切地说，底部基本上没有受此影响。

权利要求2的特征给出了按本发明方法的特别重要的使用和设计。当由于在流化床中的流化而使每个颗粒表面的各部分均处于自由状态时，可以得到特别均匀的混合。如果这种固体难以混合并容易结团或结块，则只有与液体混合才能得到特别均匀的混合物。因此，对于那些难于与其它物质混合的物质，为了均匀混合需要有非常有利的前提条件，如同它们与液体混合时特别给出的那样。在本发明的范围内，按本发明为所有参与混合的在分所提供的配料计量装置，设在搅拌器的前面。

本发明的最佳实施例建议，将液体注入流化材料中。已经证实，通过这一工序可与流化材料达到最佳混合。

为了经济和有效地配料，本发明的进一步改进中建议，在与第二种物质混合前，将附加的气体输入已均匀的气体/固体混合物中，此气体包围着要流入搅拌器的气体/固体物流，并平行于其流动方向输入。通过有选择地改变此附加的气体输入量，可以或多或少显著地“稀释”流化床中的两相混合物。

按照本发明另一种最佳实施例，可达到最有效并因而特别精确的配料，只要令附加输入的以包围气/固混合流的气体流速等于气/固混合流的速度。

按本发明实施此方法的设备建议，设流化床装置，用以流化第一种尤其为颗粒状或粉末状的固体材料，装置中设第一种材料的进口，并最好在流化床装置的底部有流化用气体的一个或多个入口孔，有一个已流化的气/固混合物的出口；在出口处设通往搅拌器的排放管，搅拌器中还供入第二种物质，尤其是液体，并最好通过喷嘴或类似物供入。按本发明的设备可在结构方面的费用低廉的情况下，经济地实施本发明方法的各个步骤，并创造了使彼此难以混合的材料进行混合的前提条件。

按本发明的最佳实施例，配料可以非常有效地进行，只要在流化床装置的出口或在排放管所在区，设一个最好设计成空心体的喷嘴装置，作为混合过程的配料计量装置，此装置具有多个通道，用于经空心体的多细孔壁、喷嘴等，将附加的气体引入均质的气/固混合物中。

如果需要一个能自动控制混合和配料的工作过程，则为此按本发明的最佳实施例建议，为了测量流化的气/固混合物中的材料含量，流化床装置和喷嘴装置上配备必要时彼此相隔一定距离的测量点，在这些测量点设最好为电的或电子的压力测量装置和液面传感器，它们的输出信号输入一个可储存程序的电子控制器中，控制器的输出信号用于控制阀门，尤其是换向阀和/或限压阀，并最好控制用于向流化床装置输入第一种物质的输送装置。

上述配料装置通过供气便足以纠正小的偏差；按本发明进一步的设计建议，为了纠正大的偏差，流化床装置通过一个可由储存程序的控制器所控制的阀门供入尤其是可预选气体压力的气体。

本发明进一步的详细情况，在下面对唯一的一个附图中所表示的实施例所作的说明中给出。

图中表示颗粒状固体，例如飞灰或其它粒状或粉末状容易结块的材料，从前置的设备部分20经输送装置，如螺旋运输机21或压缩空气输送机，输入流化床装置1。前置的设备部分20可例如是储料容器，或是一个分离和输送系统，如在EP-A-0168614中所介绍的那样。在储料容器20出口区所设的疏松装置(图中未表示)，即使在储料容器20内的加料高度不同时，也能保证如普通的圆形料仓那样流出固体颗粒。为了尽可能无磨损地输送颗粒，可如EP-A-O168614中推荐的那样，选用压缩空气的密流输送装置作为输送机21。固体颗粒出口21a的位置最好选在来自输送机21供入流化床2中的固体颗粒脉动力可以忽略的地方。

通过可流过气体(或蒸汽)并因而通常设入口孔11a的流化床装置1的底部11使来自管道19的流化气G从下向上流，卷起供入的固体颗粒，以形成流化床2。此流化底11可设计为有孔的底，但也可考虑由多细孔的材料制成。在打算混合的情况下，气体也可以已经是要供入液体的蒸汽，至多只是为了达到预润湿的目的。随着气体入流速度的增加，使该流化床更加松散，所以在此两相系统中的固体颗粒进行着或小或大的位置交换。从某个使松散层转化为流化层的入流速度起(松散点)，在层内沿其高度的压降接近常数，这一点，如下所述，可用来改善配料的控制。

理论上流化层的范围从下极限速度(松散速度)延伸到上极限速度，它带来的特点是，流化层非常松散，以致每个颗粒不受相邻颗粒的影响地悬浮在液流中。

若现在要从这种流化层2中时间恒定和定量地输出流化了的固体，则只有从一个尽可能均匀的流化床才能真正实现。虽然，通过在底部11中设出口孔3，与迄今所有的相比，可更好地满足这一条件，此外，通过引入其流速与此流化床相同的气流G，可显著改善这一条件。只有这样，固体颗粒才能非常均匀地分布在要取出的流化层容积中；在理想情况下，颗粒之间不出现粘结力。

流化层2的气/固混合物的性能基本上如同一种液体。在流化层2中存在的均匀化了的气/固混合物17经流化床装置1底11中的出口孔3“流出”，并进入排出管4。

若现已有基本均匀的气/固混合物17，其中，各颗粒彼此具有平均的等距离，则业已发现，由此已创造了使难以与其它材料尤其是液体混合的材料进行混合的非常有利的前提条件。上面已经提及，沿流化层2高度的压降是常数，因此，压力差可用来测定流化层中所含固体的量。所以，不仅可以在数量上准确确定当前的固体量，而且还可以保持气/固混合物的均匀性，甚至提高均匀性，亦就是说从而满足一个质量方面的条件，它为所提出的问题提供了一个最佳解决方法。

所有供入流化床装置1的气体量经排气管34′离开此装置，用于调整流化床装置1中压力的阀35可装在排气管34′中。必要时，还可在流化床装置1中安装预清洁或清洁排气的装置，具体而言它可以是离心力分离器(旋风分离器)36，但必要时也可以是惯性分离器，此时，分离出来的固体经延伸出去的竖管37，重新供入流化层2中。

为了控制流化层2中的固体含量，最好在紧挨着流化装置底部11上方的测压点12′和流化层2上方另一个侧压点12e之间设压差计。但必要时为确定流化层2中的固体量也可以考虑在传感器12f和12f′和/或12′之间的压差。虽然这些方法利用具体条件提供在流化床中使用，但本发明不限于固体含量的这种测量方法；也可能宁可采用其它的方法来确定，例如采用称量室，此时整个流化床装置1装在称量室上。

现在为了将均匀的气/固混合物作为物流从流化床装置1中取出，而这种物流甚至在短的时间间隔内只受到最小量的不可控制的脉动，则可在底部11出口孔3处至少设一个最好在中央的喷嘴装置28。为每一个喷嘴28配一根排出管4，排出管4中可设开关4′。通过供入气体影响两相混合物中固体流的密度，并因而可以准确地计量。此时，通过喷嘴28输入气体的速度，最好基本上等于从出口孔3流出的气/固流的速度，通过喷嘴28输入的气体可以不同于在流化床2中的那一种，例如曾提及的要进行混合的液体的蒸汽。

因为如上所述，流出固体的配料计量质量主要取决于流出气/固流的均匀度，所以通过采取相应措施已经在流化层2中消除了可能的不稳定源。因此，例如通过合理设计流化床的底部11可以提高稳定极限。若例如选用平均孔径为25微米和底厚约20毫米的高度疏松的烧结底部，则液体可精细分布地流入流化层中。可振动的流化床底部11有利于加强这一过程，必要时，底部11可通过脉冲发生器造成振动。也可以使用搅拌器得到同要的效果。必要时除采取上述措施以外，使流化气体(或流化蒸汽)脉动地经流化床装置1的底部11流入，同样可以改善流化层2的均质化。

不是没有问题的入口区取决于出口孔3的直径D与高度H之比，和/或在流化速度相同时取决于流化层2的底部面积。D与H之比等于1∶2时证明是合理的最低要求。相对于出口孔3的直径D，当流化层高度H越高(因而固体含量愈多)，流化层2的均匀度越好，从而使流出的气/固流均匀化程度越高。较高的流化层高度H还有抑制振动的作用，在固体颗粒经过例如输送装置21供入流化层时会引起这种振动。

此外，最好对称于出口孔3可设一个或多个流化喷嘴6，除通过流化床装置1的底部11流过的气体(箭头G)之外，附加地使流化气经气动管道10从这些喷嘴6流入流化床2。在这里，流化喷嘴6设计为多细孔嵌件的环形通道，因此，出口孔3可与附加的流化气是同心的。这样一来，就有可能在某种程度上抵制形成不稳定性，这种不稳定性恰恰是入口区所具有的特征。还已证明，在这种情况下可阻碍在排出管4中引入气泡。因此，经流化喷嘴6附加供入的气体速度，最好低于经流化床装置1的底部11流入气体的速度。恰好在出口孔3区域内形成的固体桥可以因此而断开和化解。

流出固体的物料流量基本上取决于存在于流化床2中的固体量，以及在流化床2上方的一个点与紧接在排出管4后的设备部分中一个点之间的压力差，并可通过这些数据的计算得出，以及可按以下所述来影响它。

流出固体流量的预调通过流化床2的固体含量和/或通过提高或降低流化床2上方的压力来进行。如前面已经阐明的那样，确定固体含量并通过控制器或调节器34加以调整，调节器34对通过输送装置21向流化床2提供固体的供入量发生影响。

现在，最好借助于压力测点12e确定流化床2上方腔室内的压力，并例如通过可存储程序的控制器或调节器34来操纵流化床装置1排气管34′中的阀35，和/或通过管道31中的阀33控制压力水平较高的气体的添加量，以调整此压力。上述压力水平较高的气体可以是与流化气体同一种气体，或是另一种气体。也可以用传感器12e和后面的设备部分(如搅拌机18)中的测压点12g之间的压差，来代替传感器12e的压力，如果在此设备部分或搅拌机18中的压力按此法确定是变化的，那么更应推荐采用这种压差。

若现在将上面提到过的供气装置5、8尽可能紧接出口孔3设置，则可以做到在极短的反应时间内，影响固体的物料流量。原则上，这可以通过例如在管道4旁环状地设置一个个喷嘴来实现，但最好设计为圆柱形的例如陶瓷材料的透气空心体5，在它的周围环绕着一个环状供气通道8。此通道同样可通过管道10′供入流化气，此管道10′可与通往流化喷嘴6的气体管道10相连，此时可设置阀13、13′，必要时还可设换向阀和/或限压阀。

为了测量流出的气/固流，可以在空心体5的壁7上尽可能靠近出口孔3的地方，设测压点12，通过它以及设在流化床装置1底部11附近的测压点12′可确定底部附近的流化床2与出口孔3附近的排出管4之间的压力差，为此，必要时可设一个压阻的压差传感器，或设两个单独的压阻的压力传感器。通过测压点12、12′的这样的定位，可做到在固体进入出口孔3与通过测压点12、12′测量固体物流之间的滞后时间降为最低。

当然，还可用其它的测量方法进行测量，例如按科氏原理，然而，这会对固体物流的流量和均匀度带来不利的影响。

通过压差测量得到的测试数据可输入内装调节器的上面已提到的控制器34，控制器34再控制流化和/或流出气/固流通过供气通道8和/或流化喷嘴6的供气，并因而可控制气/固流。

为影响固体物流流量所必需供入的附加流化气量，只是流化气总量的一小部分，因此，小于100毫秒的极其快速的调节和控制时间是可能的。

设置其他的测压点12a至12e，一方面可以通过在流化床2内的压力差测量(12a和12b)来控制流化床2的疏松度和均质度。另一方面可通过紧挨着流化床装置1底部11上和下的测压点12′和12c，测量通过底部11的压力损失，从而可及时了解多细孔底部11可能的堵塞。

为避免较细的固体从流化床2沉积在压力传感器测量膜片上，最好设小的、细微的、多细孔的塑料过滤器，或用气体吹洗压力管道，以避免侵入固体微粒。

测量流化床2中的均匀度所得的测量数据，可用来通过调整流化气体的流速和通过输入附加的流化气体，一方面调节流化床2的均匀化程度。另一方面调节流出气/固流量，附加的流化气体可通过流化喷嘴6、流化底11和尤其是通过供气通道5、8。

为了达到所要求的配料计量精度和速度，提供多个调节或控制机构，它们的组合使用或单独使用，可得到一个大的调整范围和极好的调节特性。

因此，为了使一种难以混合的固体与一种液体能精确计量地混合，提供了两个良好的前提条件，一方面可以准确地确定固体含量，另一方面，存在着特别有利于混合的先决条件。因此，作为达到本发明目的的第三个前提条件，是在包括流化床1的流化和配料装置后，紧接着设混合用的搅拌机18，图中只作了示意表示，并在原则上可设计成各种不同的形式。例如，流化床1可充填至达到高度H(这一点可按前面所介绍的方法借助于传感器来确定)，并分批地排入按分批分理的方式工作的搅拌机18中。

要混合的液体至少在一处通过管道40输入此系统。尤其是也可以在不同的地点同时输入此同一种液体。在这种情况下，液体可通过喷嘴注入流化的固体中，例如还通过搅拌机空心轴27，和/或以液态或蒸汽的形式直接进入流化床和/或喷嘴28中，其目的仅为预先润湿。

在液体管道40中(图中表示了两种方案，可选择其中一种或两种重叠使用)，为了有目的地改变流量而设有相应的装置，例如伺服阀41和/或泵，以及测量所加液体量的装置(测量仪42)，它可设计成不同形式，例如磁感应式流量计，超声波测试仪等。这种流量计也可以例如为了进行基本调整只是暂时工作。通过测得液体和固体的流量，然后根据工作的需要，例如通过影响伺服阀41，进行液体量的调节。

如上所述，搅拌机可设计成完全不同的形式。在飞灰的情况下，使用分批操作是有利的，因为实际上一时排出的飞灰量差别很大。

虽然是在使用搅拌机18的情况下说明了本发明，且搅拌机可设计成不同的方式，但本发明完全可以与其他装置结合使用，例如用于在天平中配料计量。此外，对所示之设备可考虑作出许多修改；例如，为了调节在流化床2上的一个点与搅拌机18之间的压差，可在流化床装置1排气管31中装阀33，根据测点12f和12g处的压差来调整阀33。

Claims (16)

1．一种使用流化装置对颗粒状或粒状物料进行配料的方法，所述流化装置包括其内有流化床的装置和出口喷嘴组件，所述方法包括以下步骤：

将所述物料从流化床的底部排出；

将所述物料引入搅拌器；

将一种基质通过喂入装置喂入所述搅拌器；

在所述搅拌器内混合所述物料和所述基质；

在所述混合步骤之前，除供应流化床气体之外供应另一种气体，以实现所述物料和所述另一种气体的配料，

在所述流化装置中多个测量位置处测量流化床固体组份的含量，以获得所述固体成分的测量值；

利用在所述多个位置处所获得的测量值来控制所述另一种气体进入流化床的流率；以及

根据所述固体组份的测量，相对所述物料导入所述搅拌器的速率调整所述基质在所述喂入步骤喂入所述搅拌器的速率，使基质喂入搅拌器的速率与所述物料导入搅拌器的速率成比例。

2．如权利要求1所述的方法，其中，在所述喂入步骤，所述基质是流体，在所述测量步骤，所述测量包括利用一种测量装置，该测量装置可以是电子压力测量装置或液面传感器。

3．如权利要求2所述的方法，其中，在所述供给步骤，所述另一种气体包围着所述物料，并且在喂入基质步骤之前，在所述的供应所述另一种气体的步骤中，所述另一种气体平行于流化床的被流化的混合物的流动方向，并以与流化床的混合物质的流动速率相同的速度供应。

4．一种包括流化床的装置，该装置用于配料在流化床内处理的颗粒状物料，其中所述物料在经过处理之后，从所述流化床的底部排出，所述装置包括：

一流化组件，其包括形成流化床的腔室，和在所述流化床底部的出口喷嘴组件，

允许颗粒状物料进入所述流化床的第一入口，和允许气体进入所述流化床的第二入口，所述第二入口在所述腔室的气体可通过的底部处；

在所述出口喷嘴组件下游的搅拌装置，用于接收所述流化床的物料，所述混合装置包括供应另一种基质进入所述搅拌装置的结构；

相应所述颗粒状物料通过所述流化组件的流动速率，来调节另一种基质相对于颗粒状物料进入所述流化组件的速率进入所述搅拌装置的流速，以使基质流率与物料流率成比例；

所述搅拌装置用于混合所述流化床中从所述喷嘴组件输出的物料和所述另一种基质；

所述喷嘴组件包括一气体进入口，以在所述搅拌装置内混合所述流化床的物料之前在流化床内配料所述颗粒状物料；

所述装置用于在所述搅拌装置内混合所述流化床的物料之前进行颗粒状物料和气体的两相混合。

5．如权利要求4所述的装置，其还包括用于测量所述两相混合物中的颗粒状物料的含量，所述测量装置有多个位于所述流化组件内的多个压力传感器，所述调节装置响应所述测量装置的测量。

6．如权利要求4所述的装置，其还包括一从所述出口喷嘴组件通向所述搅拌装置的排出管道，所述搅拌装置用于混合从所述腔室排出的颗粒状物料与所述另一种基质。

7．如权利要求6所述的装置，其中，所述出口喷嘴组件的气体进入口包括至少一个多孔气体进入区域，以使气体进入流化床内的均匀混合物内，所述气体进入口还包括气体供应通道以向所述气体进入区域供应气体，所述出口喷嘴组件具有中空体的形状。

8．如权利要求7所述的装置，其还包括用于测量所述流化床的流化物料含量的装置，所述测量装置包括位于所述出口喷嘴组件处的测量元件；

工艺控制装置和与所述测量装置连接的阀，所述工艺控制装置用于控制所述阀，其中每个阀上都有流量改变装置，以实现流量的变化，所述每个阀用于将所述另一种基质输送到所述搅拌装置；

其中所述测量元件是一个电子压力传感器或位置传感器，并且所述工艺控制装置包括一个可编程电子存储器。

9．如权利要求7所述的装置，其还包括

用于测量所述流化床的流化物料含量的测量装置，所述测量装置包括一个位于所述出口喷嘴组件处的测量元件；

工艺控制装置和与所述测量装置相连的阀，所述工艺控制装置用于控制所述阀，所述阀中的每一个都有流量变化装置，以实现流量变化，所述每个阀还用于将所述另一种基质喂入所述搅拌装置；和所述阀用于将另一种基质喂入所述搅拌装置，

其中所述测量元件是一个电子压力传感器，或位置传感器，并且所述工艺控制装置包括一个可编程电子存储器。

10．如权利要求7所述的装置，其还包括：

用于测量所述流化床的流化物质的含量的测量装置，所述测量装置包括位于所述出口喷嘴组件处的测量元件；

具有流量变化装置的工艺控制装置，所述流量变化装置用于控制所述另一种基质流入所述搅拌装置的流速；和

其中所述测量元件是一个电子压力传感器或位置传感器，并且所述工艺控制装置包括一可编程电子存贮器。

11．如权利要求8所述的装置，其中所述阀中的一个在所述工艺控制装置的控制之下，用于将一种压力气体供给所述流化床，气体的压力由所述工艺控制装置来选择。

12．如权利要求8所述的装置，其中所述测量元件包括一个在所述腔室内的压力传感器用于感测所述流化床的压力，所述另一种基质是一种液体，

并且所述装置还包括流体控制装置，该流体控制装置包括多个所述阀，并且可以由工艺控制装置控制，所述工艺控制装置与所述压力传感器在所述腔室内连接，所述流体控制装置控制流入所述搅拌装置的喷嘴装置的液流。

13．如权利要求9所述的装置，其中所述阀中的一个在所述工艺控制装置的控制之下，用于将压力气体供应给流化床，气体压力由工艺控制装置来选择。

14．如权利要求9所述的装置，其中

所述搅拌装置包括喷嘴装置，

所述测量装置包括一在所述腔室处感测所述流化床压力的压力传感器，所述另一种基质是流体；

所述装置还包括流体控制装置，该流体控制装置包括多个所述阀，所述流体控制装置由所述工艺控制装置控制，所述工艺控制装置与所述压力传感器在所述腔室处连接，所述流体控制装置控制液流进入所述搅拌装置的喷嘴装置的流速。

15．如权利要求10所述的装置，其中所述流量装置用于将压力气体供应给所述流化床，所述气体压力由工艺控制装置选择。

16．如权利要求10所述的装置，其中

所述搅拌装置包括喷嘴装置；

所述测量元件包括在所述腔室处用于感测所述流化床压力的压力传感器，所述另一种基质是流体，

并且所述装置还包括流体控制装置，所述流体控制装置包括多个阀，所述流体控制装置有工艺控制装置控制，所述工艺控制装置与所述压力传感器在所述腔室处连接，所述流体控制装置控制液流进入所述搅拌装置的喷嘴装置的流速。

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