ES2333502A1 - "aparato para la clasificacion estatica de particulas con elementos de regulacion". - Google Patents
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Abstract
Aparato para la clasificación estática de partículas con elementos de regulación que comprende, de un lado dos alabes deflectores regulables (11) y (12), superpuestos sobre los dos últimos deflectores (13) y (14) fijos de la voluta interna (9) del clasificador en el sentido del flujo, para dirigir la corriente aire-partículas hacia la superficie lateral curva (1) y aumentar, cuando están desplegados, la proporción de partículas más gruesas que son captadas y rechazadas, retornando al molino para una molienda más fina; y de otro lado, unas paletas separadoras (28) regulables, en la sección de salida de la voluta interna (9), que producen un cambio brusco en la dirección de la corriente aire-partículas al pasar a través de ellas. Las partículas de mayor tamaño chocan con las paletas (28) y alcanzan la zona de rechazo, de donde retornan al molino para una molienda más fina.
Description
Aparato para la clasificación estática de
partículas con elementos de regulación.
La invención se refiere a un aparato
clasificador estático, del tipo conocido como "clasificador de
corazón", cuya configuración se ha mejorado mediante la
incorporación de elementos de regulación de la granulometría que
permiten aumentar la finura de las partículas que acceden a él
suspendidas en una corriente de aire (u otro fluido de transporte)
procedente de un sistema de molienda.
Existen numerosos procesos industriales en los
que intervienen corrientes de partículas sólidas finamente molidas.
En ellos el control de la distribución de tamaños de las mismas es
un parámetro especialmente relevante, con incidencia directa en el
rendimiento de los procesos, en la calidad del producto final, así
como en los niveles de emisiones contaminantes de las
instalaciones.
Un claro ejemplo de este tipo de procesos lo
encontramos en el sector energético, y en concreto en los grupos
termoeléctricos de carbón. En ellos el control de la finura del
combustible alimentado a la caldera es clave a la hora de
establecer estrategias de combustión encaminadas a la reducción de
las emisiones de NO_{x} y de los niveles de inquemados en
cenizas. Valores elevados de este último parámetro están asociados
a una granulometría del carbón excesivamente gruesa respecto a las
condiciones de diseño de la caldera, definidas para un determinado
régimen de operación, tipo de combustible y tiempo de residencia de
la partícula en la zona de reacción. La alta generación de
inquemados, además de suponer una pérdida importante de eficiencia
del proceso de combustión, puede condicionar los ingresos asociados
a la venta de las cenizas a la industria cementera (si el valor de
inquemados supera el 7%), al mismo tiempo que suponer un coste
extra asociado a su transporte a vertedero.
En las centrales eléctricas de carbón el
combustible es pulverizado en varios molinos y vehiculado
neumáticamente a los quemadores por medio de una corriente de aire
de transporte. La mezcla aire-carbón procedente del
molino se hace pasar por uno o dos clasificadores, en función del
diseño del molino, repartiéndose posteriormente entre varios
conductos a quemadores. Los clasificadores son separadores
inerciales en los que la mezcla aire-carbón se
somete a cambios de direcciones que hacen que las partículas más
gruesas y con más inercia sean separadas de la corriente, siendo
captadas en las paredes y retornadas al molino para una molienda
más fina.
Los primeros diseños de clasificadores de
sólidos pulverizados correspondían a equipos de clasificación
estáticos, con una capacidad de regulación muy limitada o nula.
Este tipo de diseño no regulable se debe a su utilización en
procesos donde la variabilidad era muy limitada en las
características de la alimentación de sólidos pulverizados y en el
producto final requerido.
Sin embargo, esta circunstancia ha variado
notablemente en determinados procesos, con clasificación de sólidos
pulverizados, como los asociados al ejemplo anteriormente citado de
centrales termoeléctricas de carbón pulverizado. Estas
instalaciones operaban habitualmente a plena carga y con un
combustible fijo, al mismo tiempo que imperaban exigencias
medioambientales y energéticas muy distintas a las actuales. No
obstante, ante la política de liberalización del mercado eléctrico
y las nuevas normativas encaminadas a la reducción de emisiones
contaminantes, ganan cada vez más fuerza las estrategias que
propugnan cambios en los combustibles y condiciones operativas más
exigentes, incluyendo escenarios de variaciones de carga. Estas
estrategias de operación limitan seriamente la eficiencia de los
referidos clasificadores estáticos al carecer de los mecanismos de
regulación necesarios para adaptarse al nuevo escenario.
Estas limitaciones de los clasificadores
estáticos son asimismo típicas, según se ha indicado anteriormente,
de otros procesos industriales que los emplean para obtener una
granulometría adecuada del producto sólido pulverizado.
En este marco, se han desarrollado en los
últimos años clasificadores dotados de ciertas capacidades de
regulación, que permiten adaptar la granulometría del sólido
pulverizado (Ej.: carbón) en función de las condiciones de
operación impuestas. Aunque, en algunos sistemas de molienda se
están comenzando a implantar estos tipos de clasificadores,
sustancialmente más complejos y más caros que los tradicionales
clasificadores estáticos no regulables, en otros sistemas,
habitualmente los de menos vida residual, estas soluciones o
mejoras no son aplicadas debido a lo elevado de la inversión
necesaria.
En este sentido tienen especial cabida
soluciones tecnológicas que, suponiendo un coste relativamente
reducido, permitan dotar a los primeros diseños de clasificadores
de elementos de regulación para el control de la granulometría del
sólido pulverizado.
Dentro de este contexto de clasificadores
estáticos se incluyen los denominados clasificadores de corazón,
constituidos, por una cámara delimitada por 2 paredes planas y una
superficie lateral curva de forma lobulada, y en cuyo interior se
disponen dos volutas, que confieren a la mezcla de aire y
partículas un movimiento curvo en el clasificador que origina que
las partículas más gruesas, con más inercia, abandonen las líneas
de corriente del aire y se aproximen a la superficie lateral curva,
siendo rechazadas hacia la parte inferior del clasificador, y
saliendo la corriente de aire por los conductos de salida del
clasificador enriquecida en finos.
Un caso particular de este diseño, aunque con
idéntico principio de funcionamiento, son los clasificadores "de
medio corazón", constituidos por una única voluta, y siendo, por
tanto, equivalentes a la mitad del clasificador de corazón.
En el ámbito de la mejora de los clasificadores
estáticos de corazón, Foster Wheeler desarrolló la patente US
4,450,071, consistente en la incorporación de álabes deflectores
del flujo, con el fin de reducir las bajas velocidades en ciertas
zonas del área de captación de las partículas donde, según los
inventores, las partículas finas tienden a aglomerarse formando
partículas de tamaño suficiente para ser retornadas al molino. La
patente en sí está encaminada a la reducción de los rechazos
innecesarios en el clasificador, y por tanto de la ineficiencia
asociada al gasto energético por sobremolienda de material. En este
sentido, los elementos de regulación contemplados originan la
desviación de las líneas de corriente de la periferia, enriquecidas
en gruesos, al interior del clasificador, consiguiéndose el efecto
deseado de una granulometría más gruesa en el producto final.
La presente invención se refiere a la mejora de
un tipo de aparato clasificador estático, conocido como
"clasificador de corazón", mediante la incorporación de
elementos de regulación de la granulometría que permitan aumentar
la finura de las partículas que acceden a él suspendidas en una
corriente de aire, u otro gas, procedente de un molino.
En un primer nivel la mejora consiste en la
introducción de dos álabes deflectores regulables, superpuestos
sobre los dos últimos deflectores fijos de cada una de las volutas
internas del clasificador en el sentido del flujo. Los álabes
deflectores regulables están articulados en un eje próximo al
primer extremo de los deflectores fijos, de modo que puedan
realizar un movimiento circular que abarca desde su posición de
solape con éstos hasta una posición desplegada en dirección a la
superficie curva de la voluta externa del clasificador.
La misión de los álabes regulables es la de
dirigir la corriente mezcla de aire y partículas hacia la
superficie de la voluta externa con el objeto de aumentar, cuando
estos álabes están desplegados, la proporción de partículas que son
captadas en las proximidades de la referida voluta externa, desde
donde las partículas tenderán, en una determinada proporción, a ser
rechazadas hacia el sistema de molienda. Esta proporción de
partículas captadas es mayor en el caso de las fracciones más
gruesas, al tener estas partículas más inercia, por lo que la
granulometría resultante de la corriente de salida del clasificador
es más fina. El efecto producido es mayor cuanto mayor sea el
ángulo de despliegue de los nuevos deflectores propuestos.
Los álabes ocupan toda la profundidad del
clasificador por lo que, al desplegarse, limitan la sección de paso
de la mezcla al espacio restante entre ellos y la voluta externa.
Esto produce una importante aceleración de la corriente que, además
de favorecer el rechazo de las partículas más gruesas, hace que,
gracias a la acción de las fuerzas centrífugas, se reduzca la
reentrada de partículas ya captadas en la región más próxima a las
paredes externas del clasificador.
Al objeto de minimizar las pérdidas de carga
introducidas por los nuevos álabes, éstos tienen forma curvilínea
de manera que, cuando actúan, facilitan que las líneas de corriente
del flujo sigan una dirección paralela a la superficie de
captación. Igualmente hacen que el aumento de velocidad de la
corriente a lo largo del recorrido dentro del clasificador sea
progresivo.
En un segundo nivel la mejora contempla una
serie de paletas separadoras dispuestas de forma paralela y
uniformemente repartidas a lo largo de la línea imaginaria que une
los extremos de los deflectores fijos de la voluta interna que
delimitan la salida de la corriente del clasificador hacia los
conductos de salida. Dichas paletas, que ocupan igualmente toda la
profundidad del clasificador, están articuladas en su eje central y
conectadas entre sí a través de sus actuadores externos, de tal
forma que puedan accionarse de forma simultánea, girando respecto
al mencionado eje y manteniendo el paralelismo entre ellas.
El efecto que se persigue es forzar un cambio
brusco en la dirección de la corriente mezcla de aire y partículas
al pasar a través de las paletas, de manera que las partículas de
mayor tamaño abandonen por motivos inerciales la línea de corriente
que las transporta. Estas partículas gruesas chocan con las paletas
y son arrastradas por otras líneas de corriente con dirección al
conducto de salida, de manera que a la zona de rechazos llegan las
partículas más gruesas que no pueden experimentar, debido a su
mayor masa, una reentrada en la corriente de salida. El grado de
giro de estas paletas condicionará la finura final del producto.
Cabe destacar que este tipo de paletas presentan una pérdida de
carga mínima en el clasificador cuando giran entre -30 y +30 grados
respecto a su posición horizontal.
Mediante la combinación de los elementos de
regulación descritos se dota al clasificador de medios para regular
la granulometría de las partículas pudiendo hacer frente a
necesidades de mayor finura afectando mínimamente la capacidad de
producción del molino.
Estos elementos de regulación pueden ser
automatizados para posibilitar un ajuste de los mismos más
eficiente y cómodo.
Para complementar la descripción y con objeto de
facilitar la comprensión de las características de la invención se
adjunta una serie de figuras con carácter ilustrativo y no
limitativo:
La figura 1 muestra una perspectiva de un
"clasificador de corazón" en la que se muestran sus
principales componentes.
La figura 2 es un corte transversal del aparato
clasificador objeto de la presente patente en el que se muestra la
forma y posición de los elementos de regulación que incorpora.
En la figura 3 se muestra un esquema del montaje
de un álabe deflector regulable en el clasificador, así como de su
sistema de accionamiento.
La figura 4 es una perspectiva más detallada del
sistema de accionamiento y posicionamiento de un álabe
deflector.
En la figura 5 se muestra un esquema del montaje
de una paleta separadora en el clasificador.
La figura 6 muestra una perspectiva de un
conjunto de paletas separadoras y un posible mecanismo para su
accionamiento de forma conjunta.
El clasificador estático conocido como
"clasificador de corazón", cuya perspectiva se muestra en la
figura 1, consiste básicamente en una cámara delimitada por una
superficie lateral curva, o voluta externa (1), con forma de
corazón y dos superficies planas una frontal (2) y otra trasera (3)
de cierre. El clasificador está conectado por su parte inferior al
molino por medio de dos conductos concéntricos uno interior (4)
otro exterior (5). El conducto más interior (4) atraviesa el
clasificador y está conectado a través de la pared frontal (2) a un
conducto de aire de transporte (6). En el espacio anular entre los
dos conductos concéntricos (4) y (5) un tornillo sin fin (7)
recoge el material fresco sin moler, que accede a través del
conducto de alimentación (8) del clasificador, y lo transporta al
interior del molino donde es pulverizado. El aire de transporte
seca y arrastra las partículas que, por su tamaño, pueden ser
sustentadas en la corriente. La mezcla de aire y partículas sale
del molino a través del espacio anular entre los dos conductos
concéntricos hacia el clasificador. Una vez en el clasificador la
corriente asciende por el espacio delimitado por dos volutas
simétricas internas (9). Cada voluta está constituida por cinco
deflectores fijos. Dichas volutas internas (9) confieren a la mezcla
un movimiento circular en la parte superior del clasificador,
previo a un giro brusco con dirección a los 2 conductos de salida
(10) que se encuentran embridados a la pared trasera (3).
Gracias al movimiento de componente circular, y
debido a los efectos centrífugos e inerciales, las partículas más
gruesas son captadas en la voluta externa (1) y caen por gravedad
hacia el tornillo sin fin (7), siendo retornadas al molino para una
molienda más fina.
Existe también un caso particular de este
diseño, conocido como "clasificador de medio corazón", en el
que el elemento de clasificación está constituido únicamente por
la mitad del equipo anteriormente descrito, esto es, posee sólo una
voluta interna con un único conducto de salida, adquiriendo
globalmente la forma de medio corazón que le da nombre.
Con respecto a este diseño de clasificador, la
presente invención propone la instalación de dos álabes deflectores
regulables (11) y (12) (ver figura 2) superpuestos sobre los dos
últimos deflectores fijos (13) y (14) (en el sentido del flujo) de
cada voluta interna (9). Los álabes son placas curvas con una
longitud ligeramente inferior a la del deflector fijo
correspondiente y cuya anchura es prácticamente la distancia entre
las paredes frontal (2) y trasera (3) del clasificador. Están
articulados por uno de sus extremos en un eje perpendicular a las
superficies planas de cierre frontal y trasera del clasificador, de
manera que puedan realizar un movimiento pivotante (con centro en
las proximidades del primer extremo de cada deflector fijo aguas
arriba) desde una posición inicial de apoyo sobre su
correspondiente deflector de la voluta, hasta una posición
desplegada respecto a éste con un ángulo máximo de 90º.
El álabe regulable superior (11) tienen una
curvatura tal que, cuando se encuentra desplegado un ángulo de 20º,
presenta una superficie paralela al tramo de voluta externa (1)
enfrentado a él. En el caso del álabe inferior (12) la curvatura es
tal que, con un ángulo de apertura de 10º, su superficie es
igualmente paralela a la voluta externa (11) en el tramo enfrentado
a él.
En la figura 3 se muestra un esquema del montaje
en el clasificador de uno de estos álabes. Éstos tienen soldado un
vástago (15) a lo largo de la línea que constituye su eje de giro.
Dicho vástago sobresale respecto al álabe en sus dos extremos. Uno
de ellos está apoyado en un casquillo cilíndrico hueco (16) soldado
a la pared trasera (3) por su parte interna al clasificador. El
otro extremo está mecanizado con un chavetero doble con dos
chavetas para conectarlo al vástago de accionamiento exterior (17)
que, además de transmitir el giro al álabe, le sirve a éste de
apoyo junto con el casquillo cilíndrico (16). A su vez, el vástago
de accionamiento (17) está apoyado en otro casquillo cilíndrico
(18) soldado a la pared frontal (2) del clasificador por su parte
externa. Este casquillo (18) dispone de un sistema de cierre para
evitar la fuga de partículas y aire al exterior, consistente en dos
prensas (19), un casquillo de bronce (20), que hace de apoyo al
vástago de accionamiento (17), y otros dos prensas adicionales (21)
de cierre. El conjunto es cerrado por una pieza de apriete (22)
roscada que deforma los prensas para que garanticen la estanqueidad
del vástago (17), permitiendo, no obstante, el giro de éste
alrededor de su eje.
En la figura 4 se ha representado una
perspectiva de un sistema de accionamiento manual de los álabes
regulables mediante una maneta (23) solidaria al vástago de
accionamiento (17). La fijación de éste a una posición determinada
se realiza mediante un pasador (24) que conecta la maneta (23) con
un dial (25) paralelo al plano de la pared frontal (2) del
clasificador. El dial (25) dispone, en un ángulo de 90º, de varios
orificios para el pasador (24) que permiten discretizar el arco
descrito por el álabe. Los orificios del dial (25) están
mecanizados en una pieza soporte (26) que es soldada a la pared
frontal (2).
Como elemento de seguridad, con el fin de evitar
la posible caída del álabe por un desplazamiento axial del vástago
de accionamiento (17) respecto al chavetero, se coloca una brida
(27) desmontable sobre dicho vástago que hace de tope con la pieza
soporte (26) donde se ha mecanizado el dial (25).
Como alternativa el accionamiento de los álabes
puede realizarse de forma automática mediante un actuador neumático
de giro dotado de un posicionador electroneumático soportado sobre
la misma pieza soporte (26).
Adicionalmente a los álabes deflectores
regulables (11) y (12) descritos anteriormente, es objeto de
patente la introducción en el clasificador de una serie de paletas
separadoras (28), dispuestas de forma paralela y uniformemente
repartidas a lo largo de línea imaginaria que une los extremos de
los deflectores fijos (14) y (29) de la voluta interna (9) que
delimitan la salida de la corriente del clasificador hacia los
conductos de salida (10). En la figura 2 se han representado cinco
de estas paletas pero su número en cada caso concreto dependerá de
las dimensiones del clasificador y de los márgenes de regulación
requeridos.
Las paletas (28), son placas planas, articuladas
en su eje central, de achura ligeramente inferior a la distancia
entre las paredes frontal (2) y trasera (3) y su longitud entre un
20 y un 25 por ciento superior a la distancia entre los ejes de giro
de sucesivas paletas (28). Están sustentadas prácticamente del
mismo modo que los álabes deflectores regulables, según se observa
en la figura 5, donde el vástago (30) soldado a la paleta (28), el
casquillo de apoyo (31) interno al clasificador, el vástago de
accionamiento (32), el casquillo de sellado (33) con sus
componentes internos, la brida desmontable de tope (34) y la pieza
de soporte (35) son elementos comunes en ambos casos.
Las paletas (28) son accionadas de forma
simultánea, girando cada una respecto a su eje, y de forma tal que
mantengan el paralelismo entre ellas (ver figura 6). Para ello el
vástago de accionamiento (32) de todas las paletas dispone de un
brazo de palanca (36) (todos del mismo tamaño) solidario a aquel y
colocado de forma perpendicular respecto al eje de giro. Los brazos
de palanca (36) están conectados entre sí por una barra de
transmisión (37) a través de una articulación que les permite el
giro. Uno de los brazos de palanca (36), por ejemplo el de la
paleta superior, es conectado de forma rígida a una maneta manual
(38) que, al accionarse, permite el movimiento de todas las paletas
(28).
La fijación de éstas a una posición determinada
se realiza con un pasador (39) que conecta la maneta manual (38)
con un dial (40) paralelo al plano de la pared frontal (2). Éste
está provisto de varios orificios para el pasador (39), colocados
en un arco concéntrico con el eje de la paleta superior. Los
orificios están uniformemente distribuidos en el dial (40) en un
arco de 90º, de manera que se permita regular de forma discreta la
posición de las paletas (28) en el interior del clasificador, desde
la posición horizontal a la vertical en el sentido de las agujas
del reloj las de la voluta (9) izquierda y en sentido contrario las
de la derecha.
El movimiento de las paletas (28) puede ser
accionado de forma automática. Una forma efectiva de hacerlo
consiste en sustituir la maneta manual (38) por un actuador
neumático lineal que actúa sobre la barra de transmisión (37) en la
dirección longitudinal de ésta. Para permitir el giro de los brazos
de palanca (36), y por tanto el de las paletas (28), debe
articularse tanto la cogida del actuador a un punto fijo como su
unión a la barra de transmisión (37).
Claims (4)
1. Aparato para la clasificación estática de
partículas con elementos de regulación, siendo del tipo constituido
por una cámara, delimitada por dos paredes planas una frontal (2) y
otra trasera (3), y una superficie lateral curva (1) con forma
lobulada, disponiendo en su interior de una o dos volutas (9) que
confieren a la mezcla de aire y partículas un movimiento curvo en
el clasificador que origina que las partículas más gruesas, con más
inercia, abandonen las líneas de corriente del aire (u otro fluido
de transporte) y sean captadas por la superficie lateral curva (1)
y rechazadas hacia la parte inferior del clasificador, saliendo la
corriente de aire por los conductos de salida (10) del clasificador
enriquecida en finos, caracterizado por el hecho de
comprender alguno o ambos de los siguientes elementos de
regulación: a) álabes (ej.: (11) y (12)) superpuestos sobre los
últimos deflectores en el sentido del flujo que constituyen cada
una de las volutas internas (9), disponiendo cada álabe de medios
para su soporte y articulación en su extremo situado más aguas
arriba de la corriente, de forma que pueda pivotar respecto a un
eje perpendicular a las paredes frontal (2) y trasera (3) desde una
posición de apoyo en su correspondiente deflector de la voluta
interna (9) hasta una posición desplegada hacia la superficie
lateral curva (1) o viceversa; y b) una serie de paletas
separadoras (28), dispuestas a lo largo de la línea imaginaria que
une los extremos de los deflectores fijos (14) y (29) de cada
voluta interna (9) que delimitan la salida de la corriente del
clasificador hacia los conductos de salida (10), disponiendo cada
paleta de medios para su soporte y articulación en un eje que pasa
por la línea divisoria de cada una de ellas y que es perpendicular
a las paredes frontal (2) y trasera (3) del clasificador, de manera
que estas paletas (28), puedan girar en diferentes ángulos.
2. Aparato para la clasificación estática de
partículas con elementos de regulación, según la reivindicación 1,
caracterizado porque los álabes (ej.: (11) y (12)) son
placas curvas con una longitud ligeramente inferior a la del
deflector correspondiente de la voluta (9) y su anchura
prácticamente la distancia entre las paredes frontal (2) y trasera
(3) del clasificador, siendo las curvaturas de los álabes tales que
cuando se encuentran desplegados un ángulo de 20º los superiores y
de 10º los inferiores presentan una superficie paralela al tramo de
la superficie lateral curva (1) a ellos enfrentada.
3. Aparato para la clasificación estática de
partículas con elementos de regulación, según la reivindicación 1,
caracterizado porque las paletas separadoras (28) son placas
planas de anchura ligeramente inferior a la distancia entre las
paredes frontal (2) y trasera (3) y su longitud entre un 20 y un 25
por ciento superior a la distancia entre los ejes de giro de
sucesivas paletas (28).
4. Aparato para la clasificación estática de
partículas con elementos de regulación, según las reivindicaciones
1 ó 3, caracterizado porque los medios para el accionamiento
de las paletas (28) permiten el giro de éstas de forma simultánea y
manteniendo en todo momento el paralelismo entre ellas.
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ES200750054A ES2333502B1 (es) | 2005-03-11 | 2005-03-11 | "aparato para la clasificacion estatica de particulas con elementos de regulacion". |
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ES200750054A ES2333502B1 (es) | 2005-03-11 | 2005-03-11 | "aparato para la clasificacion estatica de particulas con elementos de regulacion". |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102600954A (zh) * | 2012-03-24 | 2012-07-25 | 华电电力科学研究院 | 双蜗壳式煤粉分离器 |
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GB560450A (en) * | 1942-03-18 | 1944-04-05 | Hardinge Co | Improvements in or relating to classifying system for pulverized materials |
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US4450071A (en) * | 1982-07-09 | 1984-05-22 | Foster Wheeler Energy Corporation | Adjustable particle classifier |
SU1676683A1 (ru) * | 1989-04-13 | 1991-09-15 | Научно-производственное объединение "Дезинтегратор" | Классификатор |
-
2005
- 2005-03-11 ES ES200750054A patent/ES2333502B1/es not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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Title |
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Resumen de la base de datos WPI. Recuperado de EPOQUE; AN 1992-241265 & SU 1676683 A1 (PROIZV OB DEZINTEGRATOR N) 15.09.1991 figura * |
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CN102600954A (zh) * | 2012-03-24 | 2012-07-25 | 华电电力科学研究院 | 双蜗壳式煤粉分离器 |
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ES2333502B1 (es) | 2011-01-03 |
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