用于移除底流物流的装置和方法 |
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| 申请号 | CN201580042261.2 | 申请日 | 2015-07-29 | 公开(公告)号 | CN106573249A | 公开(公告)日 | 2017-04-19 |
| 申请人 | 纽卡斯尔创新有限公司; | 发明人 | 凯文·帕特里克·高尔文; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于移除底流物流的装置和方法，特别涉及用于移除来自分离器的底流物流的装置和方法。本发明主要是为与矿物颗粒分离器一起使用而开发的。本发明的一个方面提供了一种用于移除来自分离器的底流物流的装置，该分离器具有用于排放底流物流的排放出口，该装置包括：加压 流体 源；第一管道，用于将加压流体源流体地连接到排放出口，以便引导加压流体阻止底流物流在第一管道中流动，由此形成流化区；以及第二管道，流体地连接到第一管道，使得来自流化区的物料流入第二管道以从该装置中移除。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于移除来自分离器的底流物流的装置，所述分离器具有用于排放所述底流物流的排放出口，所述装置包括： |
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| 说明书全文 | 用于移除底流物流的装置和方法技术领域[0001] 本发明涉及一种用于移除底流物流(underflow stream)的装置和方法，特别涉及一种用于移除来自分离器的底流物流的装置和方法。本发明主要是为与矿物颗粒分离器一起使用而开发的。下面将参考本申请进行描述。 背景技术[0002] 现有技术的以下论述旨在在适当的技术情景中呈现本发明，并且允许其优点受到适当的重视。然而，除非另有清楚指示，否则本说明书中对任何现有技术的引用不应被解释为明确或暗示承认这样的技术是众所周知的或形成本领域的公知常识的一部分。 [0003] 来自分离器下方作为底流物流的浆料的排放不容易控制。该浆料通常含有小于1mm的颗粒，但同样可以含有较大颗粒或这些较大颗粒的非常小的部分。该分离器通常具有可以部分打开以调节浆料排放的阀。因此，当阀逐渐打开时，浆料的排放率大幅度增加。产生这种快速的排放是因为分离器中的浆料位于阀上方，其提供了重要的静压头 (hydrostatic head)，而由阀产生的开口暴露于大气压力。因此，所排放的浆料的压力驱动力是至关重要的。 [0004] 按照某些目的应用PID(比例积分微分)控制策略来调节这种排放是标准做法。在分离器诸如回流分级器或开槽床分离器中，容器(vessel)的下部区域通过向上流动的流化流来流化。这产生悬浮液密度床剖面，其可以使用压力传感器测量。通常两个压力传感器位于分离器的两个海拔或高度处，从而在上述海拔之间的区域中提供平均悬浮液密度。然后通过控制底流排放来操作分离器，以便把特定的悬浮液密度设定点作为目标。该方法倾向于提供相应的底流产率和底流等级。 [0005] 与这些类型的分离器一起使用的阀有许多种类。然而，通常阀开口非线性地变化，而排放率变化很大。另外，较粗的颗粒可以很容易地桥接该开口的间隙，限制阀开口的排放，从而使控制器通过进一步打开阀来寻求甚至更大的开口。一旦这种桥接断开，排放率非常快速地增加。由于这些原因，阀很容易开得太大以及太久，导致过度地和迅速地排放。因此，悬浮液密度迅速降至该设定点以下。然后迫使阀关闭以允许悬浮液密度上升回到该设定点。因此，该系统往往会在引发悬浮液密度快速下降至该设定点以下的快速浆料排放与使悬浮液密度返回至该设定点的少量(reduced)浆料排放这两个极端之间循环。这种循环同样致使难以将低设定点密度精确地定位为接近进料的悬浮液密度。 [0006] 对于相对较小的容器横截面来说，上述问题是严重的。在这种情况下，为了允许较粗的颗粒自由地通过该阀，阀的尺寸必须大于容器的尺寸。否则会导致堵塞，从而引起阀故障。当阀完全打开时，这可以导致整个分离器快速排空。 [0007] 全规模工业分离器倾向于具有比蓄液器(tank)或容器横截面小得多的阀尺寸。虽然相对较小，但是阀比最粗的颗粒大得多，因此桥接不一定是问题。尽管如此，这些大容器也可能遭受上述问题，迫使阀上方的区域中的悬浮液排放得太快而具有不良后果。相反，物料(material)朝向底流的有序流动是必要的，以便最大化分离效率。 发明内容[0008] 本发明的目的是克服或改善现有技术的至少一个缺点，或提供一种有用的替代方案。 [0009] 为此，本发明的第一方面提供了一种用于移除来自分离器的底流物流的装置，该分离器具有用于排放该底流物流的排放出口，该装置包括： [0010] 加压流体源； [0011] 第一管道，用于将该加压流体源流体地连接到该排放出口，以便引导该加压流体阻止该底流物流在该第一管道中的流动，由此产生流化区；以及 [0012] 第二管道，流体地连接到该第一管道，使得来自该流化区的物料流入该第二管道以从该装置中移除。 [0013] 优选地，该加压流体作为逆流被引导至该底流物流的流(flow)。 [0015] 优选地，该第二管道相对于该第一管道倾斜。更优选地，该物料在该第二管道中向上流动。 [0017] 优选地，该第二管道包括该第一管道的侧支或分支管道。在一个实施例中，该第二管道包括导管。 [0019] 优选地，该第二管道包括出口，该第二管道被安置成使该第二管道出口的液位低于该分离器中液体的液位，以产生正的头差(head difference)。 [0020] 优选地，该第一管道包括用于移除粗颗粒的出口。 [0021] 优选地，该加压流体包括水。 [0022] 优选地，该分离器是回流分级器或开槽床分离器。 [0023] 本发明的第二方面提供了一种分离器，包括具有排放出口的储液器，该排放出口用于底流物流和本发明第一方面的装置，其中，第一管道连接到该分离器的排放出口。 [0024] 在适用的情况下，该分离器优选地具有上述本发明第一方面的优选特征。 [0025] 本发明的第三方面提供了一种用于移除来自分离器的底流物流的方法，该分离器具有用于排放该底流物流的排放出口，该方法包括以下步骤： [0026] 将加压流体源流体地连接到该排放出口； [0027] 引导该加压流体阻止该底流物流在第一管道中的流动，由此产生流化区；以及[0028] 将第二管道流体地连接到该第一管道，使得来自该流化区的物料流入该第二管道以便移除。 [0029] 优选地，该引导步骤包括将该加压流体作为逆流引导至该底流物流的流。 [0030] 优选地，该加压流体被引导以在该第一管道中向上流动。更优选地，该方法包括将该第一管道安置成基本垂直，以便该加压流体向上流动。 [0031] 优选地，该方法包括将该第二管道相对于该第一管道倾斜。更优选地，该物料在该第二管道中向上流动。 [0032] 可选地，该方法包括将该第二管道安置成基本上与该第一管道正交。 [0033] 优选地，该方法包括将来自该流化区的物料抽吸至该第二管道。更优选地，该抽吸步骤包括将该物料泵入该第二管道。 [0034] 优选地，该第二管道包括出口，该方法还包括安置该第二管道，使该第二管道出口的液位低于该分离器中液体的液位，以产生正的头差。 [0035] 优选地，该方法包括从该第一管道中移除粗颗粒。 [0036] 在适用的情况下，该方法还优选地具有上述本发明第一方面的优选特征。 [0038] 此外，如在本文所使用的，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且不旨在暗示如此描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或以任何其他方式的给定顺序。附图说明 [0039] 现在将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的优选实施例，其中： [0040] 图1是根据本发明的一个实施例的装置的示意性侧视图； [0041] 图2是根据本发明的另一实施例的装置的示意性侧视图。 具体实施方式[0042] 现在将参考以下实施例描述本发明，这些实施例在所有方面应当被认为是说明性的而非限制性的。 [0043] 图1显示了根据本发明的一个实施例的用于移除来自分离器3的底流物流2的装置1。该底流物流2为浆料形式，包含细颗粒2a和粗颗粒2b。分离器3是回流分级器或开槽床分离器。 [0044] 底流物流2流过分离器3的控制阀4和阀开口5，直接朝向第一管道6。在该实施例中，第一管道6是基本上垂直的流化导管。在其他实施例中，第一管道可以是倾斜的。 [0045] 加压流体8的源7流体地连接到流化导管6，以便将加压流体8的流引入该导管中。该流设定在特定速率，理想地不受底流排放的影响。在该实施例中，加压流体是水。然而，在其它实施例中，加压流体是化学惰性的液体或气体。 [0046] 加压流体8的流阻止底流物流2的流动，由此在流化导管6内形成流化区9。该流产生流化效应。由于流化导管6的垂直定向，加压流体8的流是底流物流2的流的逆流。应当理解，在其他实施例中，加压流体8的流仅需足以阻止底流物流2在第一管道6中的正常前进，因此无需是直接相对的流。 [0047] 加压流体8到流化导管6的流速通过与加压流体源7相关联的泵(未示出)或由主压力源(未示出)控制。阀和流量计或类似装置(未示出)用于设定供水速率。在该实施例中，将流化速率设置为相对低以充分流化该底流物流2并形成流化区9，而不引起流化物料从流化区9上升通过阀开口5进入分离器3的回流。在实践中，不应该发生回流，这是由于通过泵的流量将总是等于或大于流化流量。当阀关闭时，两者相等。 [0048] 呈倾斜导管10形式的第二管道连接到流化导管6。在其他实施例中，第二管道无需倾斜，而是可以布置成基本水平。然而，在实践中，第二管道通常优选为倾斜的，以阻止过大尺寸的颗粒向上流动并阻止该颗粒潜在地阻塞第二管道。 [0049] 在该实施例中，倾斜导管10可操作地连接到蠕动泵11，蠕动泵11从流化区9抽吸物料12。如果分离器3下方的控制阀4关闭，则泵11产生吸入压力，该吸入压力在最小值时，将水8从流化导管6泵送到倾斜导管10中。应当理解，在其它实施例中，可以使用不同类型的泵，例如负压泵、容积泵、离心式泵等。 [0050] 当控制阀4打开时，浆料2自由地朝流化导管6的方向流下去。然而，在这些情况下，由于泵11的作用以及流化导管6中流化水8的向上流动，控制阀4两侧的压差低得多。因此，底流物流2实际上经历缓冲。一些颗粒和流体将向下流入流化区9，而其他颗粒将被抽出而向上输送至倾斜导管10的缓倾斜面并进入蠕动泵11再通过排放管道13。泵11的流速被设定为大于流化速率。因此，无论控制阀4上的设置如何，浆料2的最大排放速率受蠕动泵11的设置的限制，其小于垂直流化导管6中的流化速率。换句话说，最大排放速率由第二管道中的泵送速率(pumping rate)确定，其小于加压流体的流速。因此，即使当控制阀4完全打开时，浆料2的排放速率也存在上限。 [0051] 在实践中，需要有一种可能性，来使泵或头差(head difference)产生的流量大于经由加压流体输送的流量。加压流体设定在特定流速，而排放速率(由泵或头差设定)更大。这意味着底流从分离器向下抽出。控制器可以通过逐渐关闭以减少底流来选择允许这种底流或该流的一部分或没有流。加压流体阻碍底流，意味着相比于通常可能的情况，底流阀可以打开得更多。这产生期望的稳定底流。 [0052] 虽然蠕动泵11以相对高的流速操作，但是来自分离器3的浆料的排放速率可以根据需要在非常宽的范围内变化。因此，根据需要响应于PID控制器15，控制阀4通过关闭或打开以自由地对准(target)悬浮液浓度。该PID控制器15与布置在分离器3的不同高度处的压力传感器16、17相关联。 [0053] 此外，从分离器3排放的浆料2与流化水8混合以产生更稀的底流。这种稀释通常不是问题，这是由于在这些条件下，底流可以在植物周围传输。脱水容易实现，这是由于来自分离器3的底流通常没有泥浆。 [0054] 该实施例证明的技术优势是巨大的。控制阀4可以自由打开到任何百分比，并且更直接地响应传感器16、17测量的悬浮液密度的变化。实际上，控制阀4将趋向于比在没有装置1的情况下开得更大，允许控制阀4是线性区域中的函数，而不是如现有技术中非线性的。粗颗粒2可以自由地排放而没有桥接，并通过流化区9朝向流化导管6的底部或基部18下落。 因此，该系统不在极限之间循环，这是由于从没有来自PID控制器15的任何过度反应(over-reaction)，这意味着控制器在更合适的限度内寻找正确的排放速率。为了在常规系统中产生这些相同的限度，阀4将被迫打开到边缘线(marginal level)，形成较小的开口5，该较小的开口5容易通过大于该开口的颗粒不断桥接，并导致水通过颗粒之间的间隙过滤。 [0055] 流化导管6可能倾向于用浆料2中的颗粒填充。然而，这些颗粒中的大多数将简单地流化，这意味着过量的颗粒将直接流到蠕动泵11。因此迅速达到稳定状态。只有原则上不应存在的过大尺寸的粗颗粒2b将朝流化导管6的基部18下沉。为了防止该区域被这种颗粒堵塞，移除管道20和关联阀21连接到流化导管6以排放这些颗粒。粗颗粒2b的排放可以手动或自动进行。可选地，导管6可以设计成具有更大的容量来容纳粗颗粒2b。对于大型工业装置，过大尺寸的粗颗粒的累积不可能是问题。然而，对于较小的装置，需要使这些粗颗粒2b离开蠕动泵11和排放管道13。 [0056] 有时候，所需泵送速率高于为蠕动泵11设定的值。在这种情况下，控制阀4将完全打开(即在100％)，而所测量的床密度将一直保持在设定点以上。在这种情况下，只需要增加蠕动泵送速率。完成了这一步后，完全控制可以恢复。本领域技术人员将理解，在这种情况下可以使用分级形式的控制。因此，在观察到或甚至预期到蠕动泵11的泵送速率不足的情况下，可以在出现这种情况之前增加其泵送速率。附加控制的值应该是最小的。一旦设定了蠕动泵送速率，其应当覆盖浆料2的非常大的排放速率范围。当然，如果浆料2看起来太稀，则降低排放速率是合理的。也可以监测供应到流化导管6的流化速率。无论哪种方式，一旦设定，装置1提供充分的灵活性并且不需要手动干预，除非需要。 [0057] 参考图2，其中相应的特征给予相同的附图标记，本发明的另一个实施例提供更简单的设计，其通过利用减小的头部水平(head level)来控制可以产生的最大底流速率。在该实施例中，流化导管6、加压流体源7和倾斜导管10的布置保持不变。然而，没有泵与倾斜导管10相关联。相反，倾斜底流导管10流体地连接到竖直传输导管30形式的另一管道，该竖直传输导管30将底流物流2输送到相对于流化导管6和倾斜导管10的高海拔位置，在该高海拔处，底流物流2从出口31流出到流槽32中，以通过排放管道33移除。在这个高海拔处，离开出口31的底流物流2的液位34与分离器的且在回收槽37下方的主容器36中液体的液位35之间存在正头差ΔH。因此，当控制阀4完全打开时，浆料2猛烈排放或流动，但是如果正头差ΔH更大，则与排放速率相比控制阀适度开启。 [0058] 输送导管30沿相对于流化导管6的向上方向输送流化水8和细颗粒。然而，将存在“滑移”，换言之，由于颗粒的正常重力沉降，颗粒将以小于流体速度的速度通过导管30上升，因此导致沉降颗粒向下沉降更快。为此，输送导管30中需要一些流化水8，特别是在通过控制阀4的净底流速率相对较低的情况下。因此，流化速率需要设定为足够的速率，以确保需要在倾斜导管10和传输导管30中向上移除的颗粒能由流化水8输送。 [0059] 应当理解，在其它实施例中，输送导管30不需要基本上垂直，而是可以朝倾斜导管10以不同的倾斜角倾斜。在另一实施例中，输送导管30是倾斜导管10的延伸(即，有效地为单个导管)，其通向高海拔出口31。 [0060] 该实施例的主要优点是不需要泵，因此没有移动部件。因此，该实施例设计更简单并且制造更便宜。当控制阀4关闭时，流化水8支配系统，并且向上流动到出口31处的溢出点。当控制阀4开始打开时，所固定的流化体(fixed fluidization)与底流混合以产生更多的流，并且该流化作用不变。流化导管6中的流化作用确保了有足够的速率来输送需要在倾斜导管10和传输导管30中向上输送的所有颗粒。 [0061] 在该实施例中，底流控制阀4通常需要打得更开以提供给定的底流速率。随着这种开口5尺寸的增加，粗颗粒几乎不会或完全不会桥接开口。这意味着底流控制更加连续，并且不会到达过高的水平。因此，底流物流2自由地向下移动。由于粗颗粒2b倾向于在流化导管6的基部18处堆积为填料床，因此也预期几乎不存在或完全不存在由粗颗粒2b产生的堵塞。这些过大颗粒倾向于占据微小的体积，因此可以通过阀21间歇地排出，对整个过程几乎没有或完全没有影响。在该实施例中，可以采用适于以设定频率打开的电磁阀。倾斜底流导管10的直径相对较小，因此适度的流化速率确保底流物流2可以朝向传输导管30向上输送。 [0062] 总的来说，在控制阀4和由该实施例产生的头差ΔH之间存在强大的且非常有利的协同作用。预期由头差ΔH产生的压头(pressure head)足以允许将整个进料完全排放到主容器36中。然而，进料速率可以设置为低于该最大水平。一旦为给定操作设定，它应该不需要更改。 [0063] 还应当理解，本发明的优选实施例中的任何特征可以组合在一起，并且不必彼此独立地应用。例如，在本发明的任一实施例中，导管10可以是基本水平的。类似地，管道不需要是圆柱形导管，而是可以根据需要具有其他多边形横截面，例如椭圆形、矩形、正方形或不规则多边形横截面。本领域技术人员能容易地做出上述实施例或本发明的优选形式的两个或更多个特征的类似组合。 [0064] 应当注意，本发明的概念可以应用于旋转分离装置，该旋转分离装置依靠高G力或离心力以产生分离。通常在旋转分离装置中，用于底流排放的开口甚至更受限制，如在增强的重力分离中。然而，可以使用相同的方法，其中抵抗G力的方向与所解释的实施例被配置成抵抗重力的方向相同。 [0065] 通过提供加压流体以阻止或缓冲底流物流离开分离器，本发明具有解决或最小化长期存在的问题的优点。该问题与浆料系统的底流排放的控制相关联。本发明的实施例克服了邻近控制阀的大压头(由底流物流产生)、由粗颗粒造成的小阀开口的桥接以及相对于控制阀位置的排放的强非线性相关联的难题。因此，克服了导致系统循环的控制问题，以允许实现非常精确的控制。此外，PID控制器15可以更精确地和更快速地响应来自压力传感器16、17的信号，而不是阀开口5的潜在阻塞或底流物流排放速率的突然变化。此外，本发明可以很容易地实施到现有的分离器，而不存在很大的困难。在所有这些方面，本发明代表对现有技术实际和商业上的显著改进。 [0066] 虽然已经参照具体实施例描述了本发明，但是本领域技术人员会理解本发明可以以许多其他形式具体实施。 |
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