CN108603498A - 从下方吸尘的隔膜泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于气动高压输送1MPa至10MPa的流化粉尘的隔膜泵，其中通过隔膜(3)的液压往复移动以及施加负压，隔膜泵经由气动抽吸来从下方填充。有利地，粉尘在整个泵送操作过程中保持松散流化状态，其中对高压气体的需求较低。特定实施例涉及通过液压增压器驱动隔膜泵以及涉及相对于彼此以相位位移方式运行的多个隔膜泵(14)。根据本发明的使用隔膜的粉尘输送系统可以以低驱动功率运行。

Description

从下方吸尘的隔膜泵
技术领域
本发明涉及一种用于气动高压输送1MPa至10MPa的流化粉尘的隔膜泵，以及一种所述类型隔膜泵的操作方法。
背景技术
对于约0.1巴至0.2巴压力水平范围内的低压应用，在实践中使用输送螺杆以及随后的气体注入来气动输送散装材料，输送螺杆会轻微压缩散装材料，参见DD000000081606A1、DE000003035745A1、DE000000656009A、DE000000650988A、DE000000615779A、DE000000596565A、DE000000568999A、DE000000551066A、DE000000485635A、DE000000449676A、DE000000427455A。对于高达约0.3MPa的稍高压力，则代之以使用螺旋多孔轮，参见DE102009016191B4、DE102009016191A1。如果将多个集尘泵串联连接，可以实现相应更高压力，然而，这就涉及到高压应用装置的高昂费用，参见DE102008049542B4、DE102008049542A1、DE102008007033A1、WO002010037601A1、WO002009095290A3、WO002009095290A2。除了螺旋输送机和多孔轮的这种工作原理外，还使用基于压缩空气隔膜泵原理的集尘泵，在这种情况下也只有低压是可能的，参见DE3909800A1。
集尘泵在工业上已用于低压，然而对于1MPa至10MPa的高压过程现在在工业上仅仅建立了锁定过程，参见DE102005047583B4、DD147188A3、DE102008052673A1。为了降低此类锁定系统的投资和运行成本，还正在开发用于高压应用的集尘泵，其中如下这些方法是已知的：
对于1MPa至10MPa范围内的高压应用，基于挤压机原理的集尘泵是已知的。这里，像在挤压机中一样，散装材料在锥形通道中被机械压缩以形成压块，进而形成由通道和压块组成的高压屏障，这对于高压部件与低压部件之间的密封是必要的，参见US000008851406B2、US020100021247A1。这种方式的缺点在于由高作用摩擦力而引起的高度磨损，以及机械散装材料的特性被该过程极大改变的问题，这是因为散装材料在泵下游的存在形式是压块状的散装材料结块。特别是对于粉尘燃烧系统或者粉尘气化系统等的消耗装置而言，散装材料结块需要在压力下重新研磨，这样带来的问题目前尚未得到解决。
除挤压机的原理外，将活塞泵原理用于高压应用也是已知的。DE000001008201A、DE000001175653A、DE000002722931A1、DE102008009679A1中描述了这方面的已知实施例。这种方式的主要缺点在于无润滑运行活塞环的高度磨损问题目前尚未得到解决。该问题可以通过使用如DE102011007066A1中所示的隔膜来解决。
然而这里，与其它所有已知的集尘泵和锁定系统的情况一样，重力驱动的填充过程导致需要相对较大的横截面和尺寸。
发明内容
本发明所基于的问题是提供一种用于气动高压输送流化散装材料的泵头、以及泵头的操作方法，其中散装材料在整个泵送过程中保持松散流化状态。
该问题的解决是通过具有本专利权利要求1的特征的一种用于气动高压输送流化粉尘的隔膜泵、以及具有本专利权利要求8的特征的一种所述类型隔膜泵的操作方法。
在使用根据本发明的集尘泵的情况下，通过气动抽吸来进行填充，其中散装材料在整个泵送过程中保持松散流化状态，并且有针对性地避免了粉尘被压缩的情况。以此方式，实现了高度紧凑进而经济的设计。
与已知的集尘泵系统相比，气动抽吸具有许多明显的优势：与重力驱动填充的情况相比，抽吸管线17的横截面以及因此入口阀8和泵头上的端口的尺寸要小得多，由此泵头可以相应地设计得较小。此外，集尘室被从下方填充。这样做的优势在于：由于不需要像重力驱动填充一样从上方引入粉尘，因此可以简化泵头在隔膜区和液压区内的构造。此外，集尘泵可以被设置为靠近料斗11而非位于料斗11的下方，这继而又可以降低结构高度并提高此类装置的经济性。最后，通过这种布置，就构造而言，可以实现非常大的松散表面4，这对于避免粉尘压实及缩短循环时间来说是必要的。
图3所示的增压器、以及进而将液压系统分隔为初级液压系统15(增压器与液压组件之间)和次级液压系统16(隔膜3与增压器13之间)具有以下优势：可以独立于过程压力来选择液压组件的压力，由此可以用廉价的标准液压组件来代替定制设计。一般来说，由于液压组件的压力(20MPa至30MPa)明显高于粉尘系统中所需要的过程压力(1MPa至10MPa)；因此，与液压组件被设计为用于粉尘系统的过程压力的情况相比，液压组件中的流动体积以及液压组件的成本都要少的多。由此，压力增强比(初级压力/次级压力)通常约为2-30。由于在初级液压系统中流动体积的减少以及此处发生的切换过程，压力冲击可以减少或者完全避免。在隔膜破裂的情况下，由于粉尘只能进入初级液压系统而不能进入次级液压系统，液压组件保持完好无损。初级液压系统和次级液压系统可以使用不同的液压流体，以允许更好地适应各种过程条件。通过分隔为初级液压系统和次级液压系统，可以使用一个液压组件来操作多个泵头，并且在一个或者多个泵头发生故障的情况下，还可以使相应的其它泵头继续运行。
与DE102011007066A1中所描述的系统相比，该方法总体而言的另一个优势在于，高压气体需求进一步减少。这是因为，首先，由于管道横截面更小，输出过程之后仍需膨胀的死容积还可以设计得更小；其次，在输出过程期间，之前供应的充气气体共同用于气动输送。
在另一实施例中，多个泵头相对于彼此以相位偏移的方式运行。该措施使输送过程均匀化。
在特定实施例中，隔膜由一个或者多个活塞或者导杆10来机械地引导，由此来避免隔膜的不期望变形。通过活塞或者导杆10相对于壳体9的位置来实现隔膜3的位置测量。
本发明的优选改进在所附权利要求中限定。
附图说明
下面将基于附图，在理解所需要的程度上，将本发明作为示例性实施例更详细地进行讨论，其中：
图1示出根据本发明的泵头，
图2示出泵循环的主要过程步骤，以及
图3示出多个泵头集成到集尘泵系统中。
在附图中，相同附图标记用于指代相同元件。
具体实施方式
根据本发明的集尘泵及其实施方法适用于那些可以通过馈送气体而松散并流化的细粒散装材料或者粉尘(如碳尘)，并且特别用于向加压碳尘气化炉供应干碳尘进料。这里，过程压力的范围为1MPa至10MPa。然而，该方法实际上也可用于旨在以干燥形式高压泵送可流化粉尘的所有其它过程。
在图1所示的泵头中，弹性可移动隔膜3位于承压壳体9中，该隔膜将集尘室1与液压室2以气密密封的方式隔开。隔膜通过导杆10在中心引导，并且分别通过经由连接管路6馈送或者抽出液压流体来向下或者向上移动。粉尘经由入口阀8被吸入集尘室，并经由出口阀7从集尘室输出。为了松散、充气和释放，分别经由连接管线5和透气松散表面4来馈送或者排放气体。
图2示出了基于四个连续步骤A)至D)的泵循环。
在步骤A)中，液体被从液压室抽出，由此隔膜被向上拉动并在集尘室中形成负压。以此方式，粉尘被从料斗11吸出。假定粉尘在料斗中通过馈送气体处于经流化状态。在通过隔膜3的偏转而向集尘室1进行气动输送的过程中，集尘室1内形成负压，由此来辅助输送。
当隔膜到达上端位置时，在步骤B)中，通过关闭入口接头8并经由气体端口5来馈送气体，将集尘室充至一定压力，该压力被限定为消耗装置20的压力与泵头14与消耗装置之间的气动输送压力损失(约0.1MPa至1MPa)之和。
在步骤C)中，打开出口接头7以用于输出过程，并且粉尘在馈送气体的情况下经由气体端口5被输出。同时，由于液压流体经由液压端口6被馈送至液压室中，集尘室的容积通过隔膜3而减小。
在步骤D)中，集尘室结构上不可避免的剩余容积膨胀，并且泵循环再次从步骤A)开始。
在抽吸散装材料期间，集尘室1中的压力比料斗11中的压力低约0.01MPa至0.08MPa(输送压力差)。在本发明的特定实施例中，通过经由气体端口5施加负压来在集尘室1中产生负压。这里，在将粉尘气动输送至集尘室中的过程期间，输送压力差通过真空泵排空集尘室来产生。经由气体端口(5)施加的负压的大小等于输送压力差，或者与输送压力差的值相等。
由于各个泵头14分批(不连续地)操作，如图3所示，多个泵头互相连接以形成集尘泵系统，其中可以实现连续粉尘输送流。为此，布置至少2个泵头。根据所需要的吞吐量和可用性要求，可以互相连接任意期望数目的泵头。如果布置数目为n的多个泵头，则这些泵头可以被操作为相对于彼此以泵循环的2π/n相位偏移。除连续输送粉尘的优点外，对于给定吞吐量而言，这里的液压组件的尺寸也可以设置为比不连续操作的情况更小。在该实施例中，还减小了对消耗装置20的压力状态的影响。
在5MPa的气化压力下，向夹带流气化器供应100t/h的碳尘。集尘泵与气化器之间的压力损失为1MPa，由此输送压力为6MPa。集尘泵系统配备有n＝10个泵头。因此，一个泵头输送10t/h。泵头的循环时间共计20秒，由此所需的集尘室的容积为0.15m3，并且进气体积流量为270m3/h。液压组件在30MPa的工作压力、54m3/h的体积流量下运行。由于在充气和输出过程期间进一步馈送气体，压力输送体积流量相当于300m3/h。结果是高压气体的需求约为16,000Nm3/h。这相当于气体压缩机的电驱动功率约为2.36MW。对于传统锁定系统而言，需要这些值的大约2.3倍、即36,800Nm3/h和5.43MW的压缩机功率。在液压组件的效率为80％的情况下，集尘泵的电功耗为0.5MW。在该示例中，相对于传统锁定系统，利用这里提出的集尘泵过程，节省了2.57MW的电能或者20,800Nm3/h的高压输送气体。
在本发明的特定改进中，对接头、尤其是出口阀7和入口阀8提供耐磨设计。
在本发明的特定改进中，集尘室1经由大面积透气松散表面4来充或者释放气体，该松散表面4对于粉尘形式的散装材料来说是不可渗透的。
在本发明的特定改进中，大面积透气松散表面4一体形成在集尘室1的基底上，待输送粉尘的入口和出口穿过该松散表面。
在本发明的特定改进中，松散表面被选择为相对于集尘室的内表面尽可能大(集尘室内表面的至少30％)，由此降低散装材料中的气体速度，并避免压缩散装材料。
在本发明的特定改进中，在散装材料输出期间，集尘室内的压力比收纳容器或者其它配料容器20的压力高约0.1MPa至1MPa。
在本发明的特定改进中，液压系统分为初级液压系统和次级液压系统，其中初级液压系统连接至隔膜3，并且次级液压系统由增压器驱动。压力增强比(初级压力/次级压力)可以为约2-30。初级液压系统和次级液压系统可以用不同的液压流体操作。增压器可以被设计为增压器活塞。增压器可以被设计为可以通过复位弹簧复位，其中复位弹簧可以被设计为机械弹簧或者气动气压弹簧。
在本发明的特定改进中，至少两个泵头组合形成一个系统，系统的压力输送管路18合并19，以允许不间断地输送散装材料。
在本发明的特定改进中，抽吸输送管线17从料斗11开始，该抽吸输送管路分支至多个泵头。
出于说明性目的，已经基于特定示例性实施例详细讨论了本发明。这里，各个示例性实施例的元件也可以彼此组合。因此，本发明不限于各个示例性实施例，而是仅旨在受所附权利要求的限制。
附图标记列表
1 集尘室
2 液压室
3 隔膜
4 透气松散表面、防尘过滤器
5 气体端口
6 液压端口
7 出口阀
8 入口阀
9 承压壳体
10 隔膜导杆
11 料斗
12 液压组件
13 增压器
14 泵头
15 初级液压系统
16 次级液压系统
17 气动抽吸管线
18 气动压力管线
19 合并点
20 消耗装置、接收器(如夹带流气化器、碳尘燃烧器)
21 散装材料
22 气体

Claims (13)

1.一种用于气动高压输送1MPa至10MPa的流化粉尘的隔膜泵，在所述隔膜泵中：
-一个压力密封壳体(9)被提供，
-所述壳体中的容积由水平(水平地)布置的一个隔膜(3)划分为一个下集尘室(1)和一个上液压室(2)，
-所述集尘室在下方具有用于所述粉尘的一个进口，所述进口能够通过一个入口接头(8)关闭，
-所述集尘室在下方具有用于所述粉尘的一个排出口，所述排出口能够通过一个出口接头(7)关闭，
-在所述集尘室的基底处布置有一个透气松散表面(4)，所述透气松散表面(4)连接至一个气体端口(5)，
-所述液压室连接至一个液压端口(6)，以用于供应和排放液压流体。
2.根据权利要求1所述的隔膜泵，
其特征在于，
所述隔膜(3)通过一个导杆(10)在中心被引导。
3.根据前述任一项权利要求所述的隔膜泵，
其特征在于，
所述液压端口(6)经由一个增压器(13)而连接至一个液压组件(12)。
4.根据权利要求3所述的隔膜泵，
其特征在于，
所述增压器(13)被设计为一个增压器活塞。
5.根据前述任一项权利要求所述的隔膜泵，
其特征在于，
所述隔膜泵被布置在与料斗(11)相同的高度处。
6.根据前述任一项权利要求所述的隔膜泵，
其特征在于，
所述隔膜泵被多次布置。
7.根据前述任一项权利要求所述的隔膜泵，
其特征在于，
用于所述粉尘的进口和用于所述粉尘的排出口穿过所述松散表面(4)。
8.一种借助于权利要求1-7中任一项所述的隔膜泵在粉尘输送设备中气动高压输送流化粉尘的方法，
在所述方法中：
-所述粉尘输送设备具有一个料斗(11)，
-所述料斗(11)包含散装材料形式的流化粉尘，
-所述料斗(11)的出口经由一个气动抽吸管线(17)连接至所述隔膜泵的入口接头(8)，
相应地，
-所述隔膜(3)通过液压而向上偏转，在所述集尘室(1)中形成负压，并且流化粉尘经由打开的所述入口接头(8)而被吸入到集尘室(1)中，
-关闭所述入口接头(8)，
-经由所述气体端口(5)将所述集尘室(1)充至所需的高压，
-打开所述出口接头(7)，
-通过经由所述气体端口(5)馈送气体，将所述粉尘从所述集尘室(1)输出，同时所述集尘室的容积由所述隔膜(3)的向下液压偏转而减小。
9.根据权利要求8所述的方法，
其特征在于，
所述集尘室(1)被减轻压力。
10.根据前述权利要求8-9及6中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述隔膜泵的泵循环相对于彼此以相位偏移的方式进行。
11.根据前述权利要求7-10中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述集尘室(1)中的负压通过经由所述气体端口(5)所施加的负压而产生。
12.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于，
经由所述气体端口(5)施加的负压在大小方面等于输送压力差。
13.根据前述权利要求8-12中任一项所述的方法，
其特征在于，所述料斗(11)处于大气压。
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