一种粉煤灰无孔漂珠的分选系统及方法

技术领域

本发明涉及粉煤灰分选技术领域，具体为一种粉煤灰无孔漂珠的分选系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

粉煤灰是燃煤火电厂在燃烧煤粉时产生的固体废弃物，其中存在密度小于1g/cm

漂珠由火电厂燃煤机组的燃烧过程中，经过一系列复杂的物理和化学反应获得，获得的漂珠中存在壁面未完全封闭的“有孔漂珠”，这类有孔漂珠的密度仍然小于1g/cm

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种粉煤灰无孔漂珠的分选系统及方法，粉煤灰依次经预处理，漂珠粗分选，和无孔漂珠分选的过程，提取粉煤灰中的无孔漂珠，实现粉煤灰漂珠的高质量回收。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种粉煤灰无孔漂珠的分选系统，包括：

预处理单元，包括与接收粉煤灰的灰斗出口连接的脱碳单元，脱碳单元的出口与脱磁单元的入口连接，用于对粉煤灰脱碳和脱磁；

漂珠粗分选单元，包括与脱磁单元出口连接的漂珠粗选机，在漂珠粗选机底部风机和侧部风机的作用下，分选出脱碳和脱磁后，粉煤灰中有孔漂珠和无孔漂珠的混合物，并送入无孔漂珠分选单元中；

无孔漂珠分选单元，包括与漂珠粗选机的出口连接的加热器，和连接在加热器出口的浮沉器，浮沉器壁面连接冷凝管；加热器内的水升温使有孔漂珠内部的气体析出同时水蒸气进入有孔漂珠内部，浮沉器接收被加热的混合物，降温使有孔漂珠内的水蒸气冷凝形成负压吸入浮沉器内的水，浮沉器底部为吸水下沉的有孔漂珠，顶部为漂浮状态的无孔漂珠。

灰斗的底部出口通过管道连接脱碳单元，灰斗底部设有灰斗风机，灰斗风机通过管道连接脱碳单元。

脱碳单元包括与灰斗风机出口管道连接的摩擦带电室，摩擦带电室通过管道连接碳粒捕集室入口，碳粒捕集室内设有并列布置的负电极棒和正电极棒；负电极棒的下方空间设有灰粒通道，正电极棒的下方空间设有碳粒通道；灰粒通道和碳粒通道分别连接灰粒收集器和碳粒收集器。

灰粒收集器和碳粒收集器的出口分别连接灰粒收集器阀门和碳粒收集器阀门；灰粒收集器经灰粒收集器阀门的出口管道与脱磁单元连接，灰粒收集器阀门的出口管道上连接灰粒风机。

脱磁单元包括连接在灰粒风机的出口管道上的磁珠捕集室，磁珠捕集室内部设有磁场发生器，磁珠捕集室底部出口分别连接磁珠阀门和非磁珠阀门；磁珠阀门的出口管道连接磁珠收集器，磁珠收集器出口连接磁珠收集器阀门；非磁珠阀门的出口管道连接非磁珠收集器，非磁珠收集器的出口连接非磁珠收集器阀门，非磁珠收集器阀门出口管道连接非磁珠风机，非磁珠风机的出口管道连接漂珠粗分选单元。

漂珠粗分选单元包括漂珠粗选机，漂珠粗选机具有连接在一起且垂直布置的上部侧壁和倾斜布置的下部侧壁，上部侧壁的空间内部具有风扇，上部侧壁的顶部连接溢流口，溢流口通过管道依次连接粗选漂珠收集器和无孔漂珠分选单元的加热器。

上部侧壁通过管道连接扰动风机，下部侧壁连接非磁珠风机的出口管道，非磁珠风机的出口管道沿垂直方向指向风扇的旋转轴线，接收来自脱磁单元的物料；下部侧壁的底部设有底料口。

加热器顶部通过管道连接粗选漂珠收集器和加热器水管阀门，底部连接加热器阀门，侧壁通过管道经加热器水泵与浮沉器连接，加热器内部盛有水，且壁面连接加热丝。

浮沉器侧壁分别通过管道连接加热器水泵和浮沉器水泵，浮沉器顶部通过管道连接浮沉器水管阀门，浮沉器内部设有搅拌器，浮沉器壁面连接冷凝管，浮沉器底部出口连接浮沉器阀门；浮沉器水泵通过管道与无孔漂珠收集器连接。

无孔漂珠收集器底部通过管道连接无孔漂珠收集器水泵，无孔漂珠收集器水泵出口通过管道分别连接浮沉器水管阀门和加热器水管阀门。

本发明的第二个方面提供基于上述系统实现粉煤灰无孔漂珠的分选方法，包括以下步骤：

粉煤灰经灰斗风机带动送入预处理单元进行脱碳和脱磁；

预处理后的物料进入漂珠粗分选单元，在漂珠粗选机底部风机和侧部风机的作用下，分选出的沉珠从漂珠粗选机的底料口流出，得到有孔漂珠和无孔漂珠的混合物，并依次送入无孔漂珠分选单元的加热器和浮沉器中；

无孔漂珠分选单元的加热器加热内部盛装的水，使有孔漂珠内部的气体析出同时水蒸气进入有孔漂珠内部，浮沉器接收被加热的有孔漂珠和无孔漂珠，降温使有孔漂珠内的水蒸气冷凝形成负压吸入浮沉器内的水，无孔漂珠不受影响漂浮在浮沉器顶部，浮沉器底部为吸水下沉的有孔漂珠；

浮沉器内的水携带无孔漂珠经浮沉器水泵进入无孔漂珠收集器，过滤得到分选出的无孔漂珠。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1、将粉煤灰依次经脱碳和脱磁后，利用漂珠的密度差异以风机为动力，采取气力的方式分选出有孔漂珠、无孔漂珠和沉珠，再将粗分选出的有孔漂珠、无孔漂珠和少量沉珠依次加热、冷却和浮沉处理，有孔漂珠被加热析出气体后再冷却，使有孔漂珠内部空腔吸入水分增加重量沉入浮沉器水底，即浮沉器顶部的漂珠为不受水温变化影响的无孔漂珠。

2、粉煤灰的脱碳、脱磁、漂珠粗分选均采用干式分选的方式，节省设备占地空间和水资源消耗。

3、通过摩擦带电的方式，使碳粒和灰粒具有不同的极性和电量，实现碳粒和灰粒的分离。

4、通过磁场发生器产生磁场，使灰粒中带有磁性的物质与粉煤灰分离，为高质量漂珠的分选奠定基础。

5、漂珠粗选机利用漂珠与沉珠的密度差异，以气力的方式实现初步分离，分离出的漂珠中包括无孔漂珠、有孔漂珠和沉珠，配合漂珠粗选机侧部的有扰动风，防止细小颗粒的团聚，使物料颗粒保持良好的分散状态。

6、加热器使有孔漂珠中的气体在高温下膨胀析出，加热器中的水蒸气渗入到有孔漂珠的内部，漂珠粗选机未完全选出的少量沉珠(密度大于1g/cm

7、浮沉器中的冷凝管在冷却的过程中，有孔漂珠内部的水蒸气被冷凝成液体从而体积减小，使有孔漂珠内部形成负压，使外部水分渗入充满有孔漂珠的内腔提高重量而下沉，而无孔漂珠不受加热和冷却的影响内部仍然充满气体，在浮力的作用下上浮，利用上浮和下沉实现有孔漂珠和无孔漂珠的分选。

8、浮沉器中的搅拌器有利于有孔漂珠和无孔漂珠的充分分离，实现粉煤灰漂珠的高质量回收。

9、无孔漂珠收集器内部的滤网，可将过滤掉的水分输送回加热器和浮沉器实现水的重复利用。

10、在分选无孔漂珠的同时将碳粒和磁珠进行分离和收集，分离出的碳粒和磁珠能够进一步回收利用，从而具有额外的经济价值。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明一个或多个实施例提供的粉煤灰无孔漂珠分选系统的结构示意图；

图中：1.灰斗，2.灰斗风机，3.摩擦带电室，4.碳粒捕集室，5.负电极棒，6.正电极棒，7.碳粒通道，8.碳粒收集器，9.碳粒收集器阀门，10.灰粒通道，11.灰粒收集器，12.灰粒收集器阀门，13.灰粒风机，14.磁珠捕集室，15.磁场发生器，16.磁珠阀门，17.磁珠收集器，18.磁珠收集器阀门，19.非磁珠阀门，20.非磁珠收集器，21.非磁珠收集器阀门，22.非磁珠风机，23.漂珠粗选机，24.溢流口，25.风扇，26.底料口，27.扰动风机，28.粗选漂珠收集器，29.加热器，30.加热丝，31.加热器阀门，32.加热器水泵，33.浮沉器，34.搅拌器，35.冷凝管，36.浮沉器阀门，37.浮沉器水泵，38.无孔漂珠收集器，39.无孔漂珠收集器水泵，40.浮沉器水管阀门，41.加热器水管阀门。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

漂珠，是一种能浮于水面的粉煤灰空心球，呈灰白色，壁薄中空，粒径约0.1毫米，热导率小，耐火度≥1610℃，是优良的保温耐火材料，化学成份以二氧化硅和三氧化二铝为主。

燃煤火电厂的机组以煤粉燃烧时，煤的可燃成分(炭和有机物)大部分燃烧，而粘土质不可燃成分(硅、铝、铁、镁等)在炉膛1300摄氏度的高温下开始熔融微液滴，在炉内湍流的热空气作用下高速自旋，形成浑圆硅铝球体。燃烧和裂解反应产生的氮气、氢气和二氧化碳等气体，在熔融的高温硅铝球体内迅速膨胀，在表面张力作用下，形成中空的玻璃泡，进入烟道迅速冷却、硬化后，成为玻璃态空心微珠，即粉煤灰漂珠。

正如背景技术中所描述的，漂珠中存在壁面未完全封闭的“有孔漂珠”，这类有孔漂珠的密度仍然小于1g/cm

因此以下实施例给出一种粉煤灰无孔漂珠的分选系统及方法，粉煤灰依次经预处理(脱碳、脱磁)，漂珠粗分选(分选出有孔漂珠、无孔漂珠和少量的沉珠)，和无孔漂珠分选(水加热、冷却及浮沉)的步骤，分选出粉煤灰中的无孔漂珠，实现粉煤灰漂珠的高质量回收。

实施例一：

如图1所示，一种粉煤灰无孔漂珠的分选系统，包括：

依次连接的预处理单元、漂珠粗分选单元和无孔漂珠分选单元；

预处理单元，包括与接收粉煤灰的灰斗1出口连接的脱碳单元，脱碳单元的出口与脱磁单元的入口连接，用于对粉煤灰脱碳和脱磁；

漂珠粗分选单元，包括与脱磁单元出口连接的漂珠粗选机23，在漂珠粗选机23底部风机和侧部风机的作用下，分选出脱碳和脱磁后，粉煤灰中有孔漂珠和无孔漂珠的混合物，并送入无孔漂珠分选单元中；

无孔漂珠分选单元，包括与漂珠粗选机23的出口连接的加热器29，和连接在加热器29出口的浮沉器33；加热器29内的水升温使有孔漂珠内部的气体析出同时水蒸气进入有孔漂珠内部，浮沉器33接收被加热的混合物，降温使有孔漂珠内的水蒸气冷凝形成负压吸入浮沉器33内的水，浮沉器33底部为吸水下沉的有孔漂珠，顶部为漂浮状态的无孔漂珠。

灰斗1的底部出口通过管道连接脱碳单元，灰斗1底部设有灰斗风机2，灰斗风机2通过管道连接脱碳单元。

本实施例中，灰斗1用于接收作为原料的粉煤灰，利用灰斗风机2提供的动力将粉煤灰传输给脱碳单元。

脱碳单元包括连接在碳粒捕集室4入口管道上的摩擦带电室3，碳粒捕集室4内设有并列布置的负电极棒5和正电极棒6；负电极棒5的下方空间设有灰粒通道10，正电极棒6的下方空间设有碳粒通道7；灰粒通道10和碳粒通道7分别连接灰粒收集器11和碳粒收集器8。

灰粒收集器11和碳粒收集器8的出口分别连接灰粒收集器阀门12和碳粒收集器阀门9；灰粒收集器11经灰粒收集器阀门12的出口管道与脱磁单元连接，灰粒收集器阀门12的出口管道上连接灰粒风机13。

本实施例中，由灰斗风机2经管道送入脱碳单元的粉煤灰先经过摩擦带电室3，使碳粒和灰粒带有不同的极性和电量，带电后的粉煤灰进入碳粒捕集室4，碳粒在电场的作用下移向正电极棒6，通过碳粒通道7进入碳粒收集器8，灰粒则利用位于负电极棒5正下方的灰粒通道10进入灰粒收集器11，完成粉煤灰的脱碳；碳粒收集器8内的含碳物质可以转移至搬运工具中回收，灰粒收集器11中的灰粒通过灰粒风机13送入脱磁单元中。

脱磁单元包括连接在灰粒风机13的出口管道上的磁珠捕集室14，磁珠捕集室14内部设有磁场发生器15，磁珠捕集室14底部出口连接磁珠阀门16和非磁珠阀门19，磁珠阀门16的出口管道连接磁珠收集器17，磁珠收集器17出口连接磁珠收集器阀门18，非磁珠阀门19的出口管道连接非磁珠收集器20，非磁珠收集器20的出口连接非磁珠收集器阀门21，非磁珠收集器阀门21出口管道连接非磁珠风机22，非磁珠风机22的出口管道连接漂珠粗分选单元。

本实施例中，脱磁单元对脱碳后的粉煤灰进行磁珠和非磁珠的分类收集，实现脱磁。灰粒收集器11中的灰粒在灰粒收集器阀门12和灰粒风机13的控制下进入磁珠捕集室14，磁场发生器15产生的磁场吸引磁珠(指物料中的铁磁性物质)，磁珠通过磁珠阀门16进入磁珠收集器17回收，非磁珠(指物料中的非铁磁性物质)通过非磁珠阀门19进入非磁珠收集器20，实现对灰粒中磁珠和非磁珠分离，分离后的非磁珠通过非磁珠风机22送入漂珠粗分选单元中。

漂珠粗分选单元包括漂珠粗选机23，漂珠粗选机23具有连接在一起且垂直布置的上部侧壁和倾斜布置的下部侧壁，上部侧壁的空间内部具有风扇25，上部侧壁的顶部连接溢流口24，溢流口24通过管道依次连接粗选漂珠收集器28和无孔漂珠分选单元的加热器29；

上部侧壁通过管道连接扰动风机27；

下部侧壁连接非磁珠风机22的出口管道，非磁珠风机22的出口管道沿垂直方向指向风扇25的旋转轴线，接收来自脱磁单元的物料；

下部侧壁的底部设有底料口26。

本实施例中，非磁珠收集器20中的物料在非磁珠收集器阀门21和非磁珠风机22的作用下进入漂珠粗选机23，非磁珠风机22出口管道产生的风力和风扇25产生的风力以及扰动风机27产生的侧向风力将物料吹散，实现漂珠和沉珠的分离；较轻的物料(有孔漂珠、无孔漂珠和少量的沉珠)从漂珠粗选机23上部侧壁顶部的溢流口24流出至粗选漂珠收集器28，并经管道输送到无孔漂珠分选单元的加热器29内，大部分沉珠从漂珠粗选机23下方的底料口26流出后收集。

加热器29顶部通过管道连接粗选漂珠收集器28和加热器水管阀门41，底部连接加热器阀门31，侧壁通过管道经加热器水泵32与浮沉器33连接，加热器29内部盛有蒸馏水，且壁面连接加热丝30。通过加热的方式使有孔漂珠内部的气体析出，水蒸气进入有孔漂珠的内部。

浮沉器33侧壁分别通过管道连接加热器水泵32和浮沉器水泵37，浮沉器33顶部通过管道连接浮沉器水管阀门40，浮沉器33内部设有搅拌器34，浮沉器33壁面连接冷凝管35，浮沉器33底部出口连接浮沉器阀门36；浮沉器水泵37通过管道与无孔漂珠收集器38连接。

冷凝管35降低浮沉器33内部的温度，有孔漂珠内部的水蒸气在冷凝管的作用下冷凝成液体，此时有孔漂珠内部形成负压，外部的水分渗入有孔漂珠的内部直至填满整个内腔，有孔漂珠因内部充满水而下沉至浮沉器33的底部，而此时的无孔漂珠则漂浮在浮沉器的顶部，通过侧壁的管道经浮沉器水泵37将含有无孔漂珠的水输送至无孔漂珠收集器38，实现漂珠的高质量回收。

无孔漂珠收集器38内部设有滤网，可过滤掉漂珠因经过浮沉器33而带有的少量水。

无孔漂珠收集器38底部通过管道连接无孔漂珠收集器水泵39，无孔漂珠收集器水泵39出口通过管道分别连接浮沉器水管阀门40和加热器水管阀门41，可将过滤掉的水补充回浮沉器33和加热器29，实现水分的充分利用，节约水资源。

本实施例中，从溢流口24流出的较轻物料存放在粗选漂珠收集器28内，并最终落入加热器29。加热器29内的加热丝30可将蒸馏水加热至95-98℃，这时有孔漂珠内的气体在高温下析出，同时水蒸气进入有孔漂珠的内部。由于漂珠粗选机23只能实现漂珠的粗选，因此分选出来的漂珠中仍有少量的沉珠，沉珠的密度大于水的密度，因此会沉入加热器29的底部，最终经加热器阀门31排除。

本实施例中，加热器29上方漂浮的有孔漂珠和无孔漂珠在加热器水泵32的作用下进入浮沉器33，浮沉器33周围的冷凝管35可将水温控制在20-30℃，这时有孔漂珠内的水蒸气冷凝成液体，有孔漂珠内部产生负压，外部水分在负压的作用下进入有孔漂珠内部直至填满整个内腔。有孔漂珠内部因充满水而在浮沉器中下沉，这时漂浮在浮沉器上方的无孔漂珠经浮沉器水泵37进入无孔漂珠收集器38，实现粉煤灰漂珠的高质量回收。

本实施例中，碳粒捕集室的电压可以为25-35KV。

本实施例中，磁场发生器的磁场强度可以为600-800KA/m。

本实施例中，风扇转速可以为600-2200r/min。

本实施例中，加热丝可以将蒸馏水加热至95-98℃。

本实施例中，冷凝管可以将水温保持在20-30℃。

上述系统将粉煤灰依次经脱碳和脱磁后，利用漂珠的密度差异以气力的方式分选出有孔漂珠、无孔漂珠和沉珠，再将选出的有孔漂珠、无孔漂珠和少量沉珠依次加热、冷却和浮沉处理，使有孔漂珠加热析出气体，冷却后内部空腔吸入水分增加重量使其沉入水底，最终漂浮在水面上，即浮沉器顶部的漂珠为不受水温变化影响的无孔漂珠。

实施例二：

基于实施例一中的粉煤灰无孔漂珠的分选系统实现无孔漂珠的分选方法，包括以下步骤：

1、灰斗1中的粉煤灰在灰斗风机2的作用下进入摩擦带电室3使碳粒和灰粒具有不同的极性和电量，带电后的粉煤灰进入碳粒捕集室4，碳粒在电场的作用下移向正电极棒6，通过碳粒通道7进入碳粒收集器8，此时灰粒通过灰粒通道10进入灰粒收集器11。

2、灰粒收集器11中的灰粒在灰粒收集器阀门12和灰粒风机13的控制下进入磁珠捕集室14，磁场发生器15产生的磁场将灰粒中的磁珠和非磁珠分离，磁珠通过磁珠阀门16进入磁珠收集器17，非磁珠通过非磁珠阀门19进入非磁珠收集器20。

3、非磁珠收集器20中的物料在非磁珠收集器阀门21和非磁珠风机22的作用下进入漂珠粗选机23，在风扇25和扰动风机27的作用下实现漂珠和沉珠的分离。较轻的物料(有孔漂珠、无孔漂珠和少量的沉珠)从漂珠粗选机23上方的溢流口24流出，大部分沉珠从漂珠粗选机23下方的底料口26流出。

4、从溢流口24流出的较轻物料存放在粗选漂珠收集器28内，并最终落入加热器29。加热器29内的加热丝30可将蒸馏水加热至95-98℃，这时有孔漂珠内的气体在高温下析出，同时水蒸气进入有孔漂珠的内部。由于漂珠粗选机23只能实现漂珠的粗选，因此分选出来的漂珠中仍有少量的沉珠，沉珠的密度大于水的密度，因此会沉入加热器29的底部，最终经加热器阀门31排除。

5、加热器29上方漂浮的有孔漂珠和无孔漂珠在加热器水泵32的作用下进入浮沉器33，浮沉器33周围的冷凝管35可将水温控制在20-30℃，这时有孔漂珠内的水蒸气冷凝成液体，有孔漂珠内部产生负压，外部水分在负压的作用下进入有孔漂珠内部直至填满整个内腔。有孔漂珠内部因充满水而在浮沉器中下沉，这时漂浮在浮沉器上方的无孔漂珠经浮沉器水泵37进入无孔漂珠收集器38，实现粉煤灰漂珠的高质量回收。

上述分选过程中：

粉煤灰的脱碳、脱磁、漂珠粗分选均采用干式分选的方式，节省设备占地空间和水资源消耗。

通过摩擦带电的方式，使碳粒和灰粒具有不同的极性和电量，实现碳粒和灰粒的分离。

通过磁场发生器产生磁场，使灰粒中带有磁性的物质与粉煤灰分离，为高质量漂珠的分选奠定基础。

漂珠粗选机可实现漂珠与沉珠的初步分离，分离出的漂珠中包括无孔漂珠、有孔漂珠和少量的沉珠，并在漂珠粗选机的中部设置有扰动风，防止细小颗粒的团聚，使颗粒保持良好的分散状态。

加热器可将水加热到95-98℃，即接近沸腾的状态，使有孔漂珠中的气体在高温下膨胀析出，加热器中的水蒸气渗入到有孔漂珠的内部，同时的步骤4中的少量沉珠(密度大于1g/cm

浮沉器中的冷凝管可将水温维持在20-30℃，在冷却的过程中有孔漂珠内部的水蒸气被冷凝成液体从而体积减小，使有孔漂珠内部形成负压，使外部水分渗入并充满有孔漂珠的内腔。有孔漂珠内部充满小水滴，无孔漂珠内部充满气体，在浮力的作用下上浮，而有孔漂珠因充满水分增重而下沉。

浮沉器中设置搅拌器，在搅拌器的作用下可实现有孔漂珠和无孔漂珠的充分分离，实现粉煤灰漂珠的高质量回收。

无孔漂珠收集器底部设置滤网，可将过滤掉的水分输送到加热器和浮沉器实现水的重复利用。

在分选无孔漂珠的同时将碳粒和磁珠进行分离和收集，分离出的碳粒和磁珠能够进一步回收利用，从而具有额外的经济价值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。