[发明专利]在旋流器下溢中消耗细材料的水力旋流器

说明书

本发明的主题为水力旋流器，该水力旋流器具有一个流入区和一个沉积区，该流入区具有用于浆料的切向流入口，沉积区该沉积区邻接该流入区且具有用于排放重材料、粗材料或粗颗粒的下溢喷嘴。本发明的主题还有用于操作根据本发明的水力旋流器的方法。

水力旋流器是用于悬浮液或混合物的离心分离器。通过这些水力旋流器将大部分固体颗粒分离或分级。由此，同样可能将例如油/水混合物等乳液分离。

该水力旋流器为在湿式烟气净化厂中脱水的石膏的一个至关重要的部件。在此情况下，从吸收器抽出的悬浮液经一个或多个水力旋流器部分脱水，并随后传递到带式过滤器上或到离心机中。作为此方法的结果，该石膏被引入到大多数情况低于10％的残余湿气中，并可能随后被输送走。

常规的水力旋流器通常包括一个具有切向流入口(流入喷嘴)的圆柱形区段以及与之邻接的圆锥形区段，该圆锥形区段具有下溢喷嘴或顶点喷嘴。涡流探测器或上溢喷嘴以浸没管的形式从上方轴向地突出到旋流器的内部。

在本发明中，上溢或顶流应理解成意味着比重更小和/或粒度更小的级分，且下溢可意味着比重更大和/或更粗的级分。

在本发明中，上溢未必“在顶部”或在流入区中离开水力旋流器。还可设想示范性实施例，其中水力旋流器依据顺流原理操作，也就是说其中下溢及上溢在相同方向上离开水力旋流器。

在本说明书中，名称“顶部”及“底部”与流入口及下溢相联系。然而，水力旋流器的实际位置以最大可能程度独立于此，如此甚至常常使用水平地安装的水力旋流器。

在依据逆流原理的水力旋流器中，经由切向流入口沿着圆形路径将液体强制压入到圆柱形区段中，且该液体在向下引导的涡流中向下流动。圆锥形区段中的锥形导致加速及体积向内偏移，且导致圆锥的下部区中的累积。这导致形成内部的向上引导的涡流，该涡流是经由上溢喷嘴进行排放的。目标为比重更大的级分(例如，固体、粗材料、粗颗粒)在旋流器的壁上的沉积，且因此经由下溢喷嘴进行排放，而比重更小或粒度更细的级分经由上溢喷嘴逸出。

由离心力及流动力相互作用来描述分离及分级作用的基本原理。离心力以更大程度作用于比重更大的大颗粒(粗材料)，且这些颗粒因此向外朝旋流器壁沉积，而在轻型小颗粒的情况下，由于其更高的比表面积，作用于颗粒的流动力(阻力)至关重要。

在常规的水力旋流器中，流入口中的细材料的均匀分散确保根据上溢与下溢之间的体积流动的分布来划分这些颗粒大小类别。这意味着细材料通常以对应于下溢/流入口体积分割(体积流动比)的比例与粗材料一起沉积出来。

常规的水力旋流器因此通常无法完成从下溢中消耗密度与流体的密度类似或粒径很小(<5μm)的分散相。

例如在DE 102009057079A中描述的最新进展更进了一步，其方式为通过从纯流体引入清洗流，其试图从下溢中分离出细颗粒。在此情况下，通常切向地将洗涤水流引入到圆锥体中或旋流器的下部区中。此稀释的结果为减少粗材料排出物中(也就是说在下溢中)的细材料浓度。在此情况下的缺点为引入的液体及伴随出现的湍流将已经分开的重颗粒再次冲洗到中心流中。这降低了上溢的纯度。由于这些缺点，可仅以有限的程度(大部分情况下仅以对应于额外引入的水流的程度)来实施下溢中的细材料的消耗。

EP 1 069 234 B1披露经由安排在顶点喷嘴中部的流入管将稀释液体直接添加到中心流中。

因此，本发明所基于的目的在于提供一种水力旋流器，该水力旋流器改进了分离，使得下溢中的细材料或细颗粒以及上溢中的粗材料或粗颗粒的错误排放都降低。细材料因此在下溢中相对于流入口中的体积相关浓度而被消耗。

通过一种水力旋流器实现此目的，其中，通过引入水或另一种流体的障壁层，可以提供纯相，其中粗材料必须沉降下来，而细级分主要保留在原始流中。此障壁流体的供应经由独立于悬浮液供应的至少一个另外的流入口而进行。障壁流体流通过一个薄片与悬浮液或浆料分开，且可被引入到圆柱形区段中。薄片在此情况下承担阻止入口区中的互混以及仅在已形成稳定特征之后允许流动层接触的任务。

还可设想圆锥体区中的障壁层的供应，在此情况下可提供旋流器直径的阶梯式加宽，使得可引入障壁水流而无悬浮液的任何偏移。在此情况下该水力旋流器壁也同时形成该薄片。

本发明的基本构思为，通过形成沉降辅助层(障壁流体流)，获得尽可能限定的沉降条件，该沉降辅助层不与主流相互作用或仅与主流进行不显著的相互作用，以便实现其沉降路径上方的实际的颗粒分离，并且不存在其他情况下常见的富集。