專利名稱：粉煤灰處理系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及用于使粉煤灰(fly ash)的微粒組分與處理流體相結(jié)合的方法和裝置。特別是，本發(fā)明提供了受控的添加處理流體材料到大量粉煤灰材料。
背景技術(shù)：
粉煤灰是從電力生產(chǎn)中煤炭燃燒氣體中回收的微細(xì)玻璃粉(glass-powder)。這些微米大小的粉煤灰顆粒主要包括硅、鋁和鐵，還可能包括各種其他氧化物和殘余的碳。
粉煤灰可作為多種添加劑用于不同的材料。例如，與石灰和水混合后，粉煤灰形成與波特蘭水泥的特性非常相似的水泥質(zhì)混合物。由于這一相似性，粉煤灰能夠在混凝土中替代一部分水泥。此外，由于粉煤灰包括非常細(xì)小的微粒，其可以有利地被用作塑料中的填料。
在混凝土的形成中，將通常稱為加氣摻料的表面活性劑添加到混凝土經(jīng)常是有利的，以使氣體空間穩(wěn)定在足夠的體積上，并且適當(dāng)?shù)臍馀莘植己涂臻g定位，以提供抗冷卻和熔化循環(huán)的保護(hù)。氣體空間的分布方式對(duì)于混凝土的冷卻-熔化抗性很關(guān)鍵。表面活性劑被添加到混凝土混合料中，以降低水的表面張力，從而穩(wěn)定氣體空間系統(tǒng)，另外還在混凝土的混合和澆注中調(diào)整加氣劑的量。
盡管粉煤灰被添加到混凝土中時(shí)具有良好的水泥特性，但是粉煤灰，更明確的說(shuō)是粉煤灰碳(fly ash carbon)(通常與點(diǎn)火損失掛鉤)對(duì)混凝土中的加氣劑有不利的影響。這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題與碳粉煤灰吸附諸如化學(xué)加氣摻料的活性材料的能力有關(guān)，因此導(dǎo)致表面活性劑的濃度顯著降低，并由此導(dǎo)致所加的氣體空間體積減小。隨著碳含量波動(dòng)，由于對(duì)于指定的氣體體積難以確定正確的化學(xué)加氣摻料用量，則由粉煤灰碳的變動(dòng)所帶來(lái)的不利影響尤為嚴(yán)重。
用于塑料中時(shí)，粉煤灰被諸如偶聯(lián)劑(coupling agent)或表面改進(jìn)材料之類的敷料所涂敷，以提高粉塵作為填料使用的物理特性。另外，粉煤灰還可被其它的必需物質(zhì)處理，以用作特殊用途。
在與混凝土、塑料或其他物質(zhì)混合前，粉煤灰可以被一或多種混合物處理，以改善其化學(xué)或物理特性。如果粉煤灰被液體混合物處理，這種處理的效果至少在部分上依賴于處理流體在大量粉塵物質(zhì)中的散布。微米大小的粉煤灰顆粒在與處理流體的混合上存在特殊的問(wèn)題。細(xì)小的顆粒尺寸使得處理流體難以散布到大量顆粒之間。由于粉煤灰材料結(jié)塊，故處理流體和粉塵在轉(zhuǎn)筒或類似混合裝置中的結(jié)合效果不佳。更復(fù)雜的混合設(shè)備能夠提供更充分的混合，但是需要增加資金支出。
本發(fā)明希望提供一種改進(jìn)的粉煤灰處理方法和系統(tǒng)，克服流體處理劑與大量粉煤灰混合的難題。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)粉煤灰的方法和系統(tǒng)，無(wú)需對(duì)當(dāng)前的粉煤灰生產(chǎn)和控制方法進(jìn)行大改動(dòng)，因此實(shí)施該方法所相關(guān)的資金支出被減至最少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方法和系統(tǒng)提供了一種改進(jìn)的粉煤灰與液體結(jié)合方式，以使液體被良好地散布到粉煤灰之中，并可與粉煤灰發(fā)生反應(yīng)或包敷粉煤灰顆粒。本發(fā)明通過(guò)均勻散布處理流體到流動(dòng)的粉煤灰流中來(lái)實(shí)現(xiàn)此種混合。當(dāng)粉煤灰正在流動(dòng)時(shí)，通過(guò)將處理流體散布到粉煤灰中，該方法相比當(dāng)大量固體流動(dòng)時(shí)所發(fā)生的自然混合和顆粒運(yùn)動(dòng)具有優(yōu)勢(shì)。進(jìn)一步，當(dāng)粉煤灰自由流動(dòng)時(shí)，通過(guò)重力自由降落或氣動(dòng)傳送，粉煤灰展示出流體的流動(dòng)特性。在流態(tài)化時(shí)對(duì)粉煤灰進(jìn)行處理進(jìn)一步改進(jìn)了處理流體和粉塵的混合和相互作用。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，粉煤灰流直接通過(guò)管道。通過(guò)在粉煤灰流動(dòng)時(shí)用作散布和噴射處理流體到管道之中的噴嘴，處于壓力下的粉煤灰流被供應(yīng)給管道。優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)施例，流量測(cè)量裝置測(cè)量粉煤灰的流量。自動(dòng)化控制器被連接到流量測(cè)量裝置和處理流體泵。該控制器被編程，其根據(jù)所測(cè)得的粉煤灰流量來(lái)控制處理流體的增壓，以使處理流體以與粉煤灰固定的比例被供應(yīng)給管道。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，粉煤灰處理系統(tǒng)是一個(gè)可以附加到現(xiàn)有的粉煤灰存儲(chǔ)系統(tǒng)的孤立系統(tǒng)。典型的現(xiàn)有粉煤灰處理系統(tǒng)具有筒倉(cāng)(silo)，該筒倉(cāng)包括筒倉(cāng)排出、筒倉(cāng)排出閥；位于該筒倉(cāng)排出下的容納器裝載站；以及用于衡量該容納器的秤。附加到筒倉(cāng)站的該系統(tǒng)包括處理流體供應(yīng)，比如箱；從處理流體供應(yīng)引出的處理流體提供線；用于為處理流體增壓的設(shè)備或裝置；以及位于處理流體提供線末端對(duì)著該流體供應(yīng)用于接受和噴射流體的噴嘴。該系統(tǒng)還包括具有多輸入和多輸出的自動(dòng)化控制器，其至少有一個(gè)輸出操作地連接到增壓裝置上以用于控制處理流體流量。通過(guò)將系統(tǒng)的噴嘴布置到筒倉(cāng)排出的壁之內(nèi)，將筒倉(cāng)排出閥操作地連接到控制器的輸出上，操作地連接該秤到控制器的輸入上(可能通過(guò)刻度指示器)，該系統(tǒng)可被容易地安裝到筒倉(cāng)站上。
該被安裝的系統(tǒng)由控制器自動(dòng)控制。當(dāng)排出閥開(kāi)啟、粉煤灰開(kāi)始流動(dòng)時(shí)，控制器啟動(dòng)增壓裝置，以在粉煤灰經(jīng)過(guò)筒倉(cāng)排出進(jìn)入諸如卡車或機(jī)動(dòng)軌道車的容納器的過(guò)程中將處理流體供應(yīng)給粉煤灰。通過(guò)監(jiān)控該秤，控制器連續(xù)監(jiān)控粉煤灰的流量。控制器根據(jù)編程的參數(shù)調(diào)節(jié)對(duì)處理流體的增壓，以保持處理流體與粉煤灰的流量成比例。當(dāng)容納器接近其最大容量時(shí)，控制器關(guān)閉筒倉(cāng)排出閥并停止處理流體的流動(dòng)。
通過(guò)在粉煤灰流經(jīng)筒倉(cāng)排出或其他傳輸粉煤灰所需要的管道時(shí)處理粉煤灰得到了許多益處。僅需最少地改進(jìn)先前存在的筒倉(cāng)，即可將筒倉(cāng)轉(zhuǎn)變?yōu)樘幚碚尽Ｍㄟ^(guò)將流排放噴嘴配置到筒倉(cāng)排出之內(nèi)，并在系統(tǒng)的控制器和筒倉(cāng)的操作控制上進(jìn)行很少的電連接，該系統(tǒng)即被容易地安裝。
該系統(tǒng)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)，無(wú)需對(duì)現(xiàn)存設(shè)備追加資金設(shè)備或昂貴的改進(jìn)即可被添加到現(xiàn)存筒倉(cāng)上。


在概括地描述本發(fā)明之后，現(xiàn)在參考附圖，這些附圖并不是必要地按比例繪制，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的管道圖，該管道容納粉煤灰流和被散布到粉煤灰流中的處理流體；圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的粉煤灰處理系統(tǒng)的過(guò)程略圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的自動(dòng)化粉煤灰處理系統(tǒng)的過(guò)程略圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例、結(jié)合了移動(dòng)容器的粉煤灰處理系統(tǒng)的過(guò)程略圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例、具有雙成分處理流體的自動(dòng)化粉煤灰處理系統(tǒng)的過(guò)程略圖；以及圖6是自動(dòng)化粉煤灰處理系統(tǒng)的過(guò)程略圖，該處理系統(tǒng)便于連接到預(yù)先存在的筒倉(cāng)存儲(chǔ)系統(tǒng)中。
具體實(shí)施例方式
下文中將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加完整的描述，這些附圖展示了本發(fā)明部分而非全部的實(shí)施例。事實(shí)上，本發(fā)明能夠以多種方式實(shí)施，而不應(yīng)局限于此處所提供的實(shí)施例。然而，提供這些實(shí)施例以使公開(kāi)能夠滿足申請(qǐng)所需的法律要求。全文中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件。
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法提供了處理流體20的流，以及將處理流體20散布到流動(dòng)的粉煤灰10的流中，以便粉煤灰和處理流體緊密混合，從而使處理流體20涂敷粉煤灰10或者更好地與粉煤灰中的組分發(fā)生發(fā)應(yīng)。自由流動(dòng)的粉煤灰以類似流動(dòng)的(fluid-like)狀態(tài)而流動(dòng)，并容易地與引入該流動(dòng)的流中的物質(zhì)混合。通過(guò)將處理流體20引入到粉煤灰的類似流動(dòng)流中，處理流體20被很好地散布到粉煤灰中，而不存在與先前混合大量固體方法所相關(guān)的困難。
粉煤灰10是煤粉燃燒所產(chǎn)生的任意細(xì)微灰燼產(chǎn)物。粉煤灰是氧化鋁、硅、未燃燒的碳以及各種金屬氧化物的混合物，上述金屬氧化物可能包括鐵、鈣、鎂、鉀、鈉、硫磺和鈦的氧化物。粉煤灰可以是C類粉煤灰或F類粉煤灰，但并不局限與此。根據(jù)原始煤中的碳含量、煤的燃燒方法以及任意粉煤灰燃燒后的處理，粉煤灰的未燃燒碳含量(LOI)在0.1wt％到10.0wt％之間，典型在0.1wt％到6.0wt％之間。
處理流體20可以是液體或包含溶液或多溶液混合物的液體混合物，液體或液體混合物有利于散布到流動(dòng)的粉煤灰流中，以便于與粉煤灰的組分發(fā)生反應(yīng)或沉降在粉煤灰微粒表面。該系統(tǒng)和方法適用于一系列的可用處理流體。示范性處理流體是包括如此處所詳細(xì)描述的表面活性劑、犧牲劑和涂料化合物(coating compound)的流體，但并不限于此。
粉煤灰優(yōu)選在其處于流體流動(dòng)狀態(tài)時(shí)與處理流體混合。如本領(lǐng)域所公知的，通過(guò)使粉煤灰從第一容器自由降落到高度較第一容器低的第二容器中，或者通過(guò)使用氣動(dòng)傳送設(shè)備，可以獲得類似流動(dòng)狀態(tài)的流。該氣動(dòng)傳送設(shè)備典型使粉煤灰沿水平或下傾的方向運(yùn)動(dòng)，不過(guò)可以用于使粉煤灰在保持類似流動(dòng)狀態(tài)的流的同時(shí)以任意方向傳輸粉煤灰。
參見(jiàn)圖2，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中包括用于將處理流體的流引入到流動(dòng)的粉煤灰流中的系統(tǒng)。在穿過(guò)粉煤灰管道14從第一容器12自由降落到第二容器16的過(guò)程中，粉煤灰顯示為流體流動(dòng)。第二容器16優(yōu)選為諸如用于運(yùn)輸處理后的粉煤灰的卡車拖車或者有軌車之類的移動(dòng)容器。可選地，第二容器16為中間存儲(chǔ)容器，并且處理后的粉煤灰隨后通過(guò)重力流動(dòng)、氣動(dòng)傳送、螺紋進(jìn)料、回轉(zhuǎn)閥等被傳遞到移動(dòng)容器中。
處理流體在壓力下供給，并通過(guò)噴嘴被很好地散布到粉煤灰中。處理流體的供給通過(guò)增壓裝置24饋送，增壓裝置24為處理流體增壓，并經(jīng)由處理流體饋送線26將處理流體在壓力下供給到粉煤灰管道14。處理流體優(yōu)選的通過(guò)噴嘴被引入到管道中，以使得處理流體被很好地散布到管道14中。
如此處用到的，“增壓裝置”這個(gè)詞通常描述能夠通過(guò)重力、位移、離心力、電磁力、動(dòng)量轉(zhuǎn)移或機(jī)械推動(dòng)的手段，使流體從一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置的設(shè)備或裝置。優(yōu)選的增壓裝置是從處理流體供應(yīng)22的供應(yīng)接收流體并饋送到流體饋送線26的計(jì)量泵。計(jì)量泵的使用，使得通過(guò)調(diào)節(jié)泵速可以方便地調(diào)節(jié)流體的流量。盡管每一個(gè)實(shí)施例中都允許使用多種增壓裝置，但為了方便起見(jiàn)，在下述討論的實(shí)施例中，計(jì)量泵被用作典型的泵。另一優(yōu)選的泵布置是為流體提供容器22提供增壓的空氣，在壓力的作用下推動(dòng)流體從容器22流出并穿過(guò)流體饋送線26。
當(dāng)然，可以采用多個(gè)供應(yīng)和增壓裝置，以提供實(shí)質(zhì)上無(wú)限量的處理流體到管道14。如圖所示，通過(guò)增壓裝置44，通過(guò)提供第二處理流體42的供應(yīng)，系統(tǒng)中可以增加第二處理流體，從而將被增壓的第二處理流體流46提供給處理流體饋送線26。
參見(jiàn)圖3，本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施例包括將處理流體26的流引入到流動(dòng)的粉煤灰流的系統(tǒng)，其中粉煤灰的流動(dòng)速度被監(jiān)控并據(jù)此對(duì)處理流體進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常，粉煤灰穿過(guò)粉煤灰管道14從第一容器12自由降落到第二容器16，并且展現(xiàn)為流體流動(dòng)。處理流體在壓力下被供應(yīng)并通過(guò)噴嘴被引入到粉煤灰中。
處理流體22的供應(yīng)供給泵24，泵24為處理流體增壓，并在壓力下通過(guò)處理流體饋送線26將處理流體供應(yīng)給粉煤灰管道14?？刂破?00被工作連接到流量測(cè)量裝置82上，該流量測(cè)量裝置添加在第二容器16上，其能夠測(cè)量粉煤灰的流量?；谒鶞y(cè)得的粉煤灰流量，控制器100自動(dòng)調(diào)節(jié)泵24供應(yīng)給粉煤灰的處理流體的速度，使該速度與粉煤灰流量的比值為預(yù)定值。
參見(jiàn)圖4，示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例與用于將粉煤灰排入諸如機(jī)動(dòng)軌道車或卡車拖車之類的移動(dòng)容器17的粉煤灰存儲(chǔ)筒倉(cāng)13相關(guān)。為了運(yùn)輸粉煤灰，位于存儲(chǔ)筒倉(cāng)13中的粉煤灰通過(guò)筒倉(cāng)排出15被釋放到移動(dòng)容器17中。排出15可以是重力饋送或氣動(dòng)助力的。在這兩種情況下，粉煤灰移動(dòng)經(jīng)過(guò)筒倉(cāng)排出15時(shí)呈現(xiàn)出類似流動(dòng)態(tài)。
為使粉煤灰開(kāi)始流動(dòng)，與筒倉(cāng)排出15相符合的筒倉(cāng)排出閥70被打開(kāi)。處理流體22的供應(yīng)饋送處理流體供應(yīng)閥24，處理流體供應(yīng)閥24在壓力下供應(yīng)處理流體給排出噴嘴30。處理流體的速度主要由泵24的速度決定。泵24的速度被校準(zhǔn)，以使處理流體的總供應(yīng)量與粉煤灰的流動(dòng)速度相對(duì)應(yīng)。粉煤灰的平均流量可通過(guò)預(yù)先試驗(yàn)測(cè)定，或者由流量?jī)x實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，移動(dòng)容器17被放置在秤80上。通過(guò)在從筒倉(cāng)13到移動(dòng)容器17的粉煤灰傳遞過(guò)程中使用秤80，可以很容易地確定粉煤灰流動(dòng)時(shí)的粉煤灰流量。
當(dāng)粉煤灰流動(dòng)和處理流體被散布到粉煤灰中時(shí)，包括排出15的子系統(tǒng)可被視為連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中在連續(xù)的基礎(chǔ)上引入處理流體并與粉煤灰混合。
如上述所討論的，處理流體20是包括溶解固體的任意液體或液體混合物，其通過(guò)與粉煤灰的組分發(fā)生反應(yīng)或沉降到粉煤灰顆粒的表面以改變粉煤灰的物理或化學(xué)原始特性。處理流體的典型實(shí)施例是犧牲劑、表面活性劑和涂料化合物。
犧牲劑是一種易于與粉煤灰材料中的單體碳結(jié)合的化學(xué)合成物，從而降低粉煤灰中碳的活性。犧牲劑用于與粉煤灰中的未反應(yīng)碳進(jìn)行反應(yīng)，并考慮到在隨后的混凝土制造過(guò)程中添加的任何表面活性劑而中和碳。犧牲劑預(yù)期對(duì)所得到的混凝土混合物的加氣處理特性影響極小。因此，該犧牲劑優(yōu)選不是強(qiáng)表面活性劑。犧牲劑本身，并非略微降低混凝土中水和固體顆粒間的表面張力。
犧牲劑優(yōu)選為弱表面活性劑，例如帶有一個(gè)或多個(gè)磺酸鹽(或酯)、羧酸酯或氨基、和這些基團(tuán)的組合的芳族有機(jī)化合物；具有約2000Da或更小分子量的乙二醇或乙二醇衍生物；和這些化合物的任意組合。更優(yōu)選的是，該犧牲劑為芐胺、1-萘甲酸鈉、2-萘磺酸鈉、二-丁基萘磺酸鈉、乙二醇苯基醚、乙二醇甲基醚、丁氧基乙醇、二-乙二醇丁基醚、二-丙二醇甲基醚、聚乙二醇、1-苯基2-丙二醇或它們的組合。乙二醇苯基醚和二-異丙基萘磺酸鈉的組合是特別優(yōu)選的，其中乙二醇苯基醚和二-異丙基萘磺酸鈉的相對(duì)比例在重量比為1∶5到50∶1的范圍內(nèi)變化，優(yōu)選為約1∶1到20∶1。
犧牲劑化合物的優(yōu)選量，以及一個(gè)對(duì)另一的優(yōu)選比例，隨被處理的粉煤灰的含碳比例(LOI)變化。通常，高含碳比例的粉煤灰需要添加較大犧牲劑以有效中和碳量。典型地，所添加犧牲劑的量處于0.001wt％到1wt％之間。
舉例來(lái)說(shuō)，碳含量在0.1wt％到10wt％間的粉煤灰可用用量分別為0.050磅/100磅灰到0.500磅/100磅灰的乙二醇苯基醚(ethylene glycol phenyl ether)進(jìn)行處理。優(yōu)選地，碳含量在0.1wt％到6wt％間的粉煤灰可用用量分別為0.050磅/100磅灰到0.300磅/100磅灰的乙二醇苯基醚進(jìn)行處理。在粉煤灰中可以保留未反應(yīng)碳的情況下，粉煤灰可以用少于所要求量的犧牲劑進(jìn)行處理。使用多于所要求量的犧牲劑對(duì)所得到的粉煤灰沒(méi)有危害，但是浪費(fèi)過(guò)量的犧牲劑材料。如果使用，優(yōu)選采用溫和的表面活性劑二-異丙基萘磺酸鈉(sodiumdi-isopropyl naphthalene sulfonate)，其供應(yīng)給碳含量在0.1wt％到5.0wt％之間的粉煤灰的優(yōu)選用量分別為0.006磅/100磅灰到0.015磅/100磅灰。
強(qiáng)表面活性劑可被散布到粉煤灰中。表面活性劑被混凝土制造工典型添加到混凝土爐中。然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，表面活性劑與粉煤灰混合，以改進(jìn)包括處理后粉煤灰的混凝土的加氣處理特性。本發(fā)明實(shí)施中應(yīng)用了陰離子、非離子和陽(yáng)離子表面活性劑，其包括但不限于硬脂酸、棕櫚酸、二十二烷酸(behenic acid)、癸酸、己酸、辛酸、蓖麻油、十六烷醇、十六烷基十八烷醇、椰脂酸、芥酸、氫化蓖麻油、月桂酸、肉豆蔻酸、油酸(紅油)、棕櫚仁脂肪酸、硬脂醇、妥爾油脂肪酸、三榨硬脂酸(55％棕櫚酸)以及甘油。
諸如偶聯(lián)劑的涂料化合物可被散布到粉煤灰中。涂料化合物典型地與粉煤灰混合，以準(zhǔn)備用作塑料中填料的粉塵?？捎米鹘雍蟿┑牡湫突衔锇ㄓ仓?、硬脂酸鹽、氨基硅烷(aminosilane)、氯代硅烷、氨基磺酸鹽(或酯)、酰胺基硅烷(amidosilane)、乙烯基硅烷和有機(jī)鈦酸鹽(或酯)。這些化合物的每一個(gè)都能作為液體溶液而被散布。
參見(jiàn)圖5，示出了本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施例，該實(shí)施例與被放置用于排出粉煤灰流到移動(dòng)容器17的粉煤灰存儲(chǔ)筒倉(cāng)13相關(guān)。為了示范目的，該實(shí)例中對(duì)用作處理流體、具有乙二醇和磺酸鹽(或酯)化合物的犧牲劑有詳細(xì)描述。
根據(jù)本實(shí)施例，粉煤灰處理系統(tǒng)的操作參數(shù)由諸如可編程操作控制站(OCS)的自動(dòng)控制器控制，該可編程操作控制站能夠監(jiān)控多個(gè)輸入并同時(shí)控制多個(gè)輸出。OCS的示范為可從GE Fanuc Charlottesville Virginia獲得的MiniOCSTM。
OCS 100被操作地連接到筒倉(cāng)排出閥70、乙二醇供應(yīng)泵24和磺酸鹽(或酯)供應(yīng)泵44。通過(guò)可讀指示器82，OCS 100還被操作地連接到移動(dòng)容器秤80上。一旦有關(guān)粉煤灰碳含量的信息被手動(dòng)輸入到OCS 100中，OCS能夠自動(dòng)開(kāi)啟筒倉(cāng)排出閥70，并操作乙二酸供應(yīng)泵24和磺酸鹽(或酯)供應(yīng)泵44以提供適量、適比例的處理流體。通過(guò)監(jiān)控由刻度指示器82指示的重量變化速度，OCS 100能夠依據(jù)所測(cè)得的注入移動(dòng)容器17的粉煤灰流量來(lái)調(diào)節(jié)泵速24、44。另外，當(dāng)移動(dòng)容器17的重量接近最大承重時(shí)，OCS 100可以自動(dòng)關(guān)閉筒倉(cāng)排出閥70，或者也可被手動(dòng)關(guān)閉筒倉(cāng)排出閥70。
來(lái)自乙二酸供應(yīng)22的乙二酸被提供給泵24，來(lái)自磺酸鹽(或酯)供應(yīng)42的磺酸鹽(或酯)被供應(yīng)給泵44。泵24和44的輸出被結(jié)合入處理流體饋送線26。來(lái)自處理液體饋送線26的流體通過(guò)一個(gè)或多個(gè)排放噴嘴30被引入到筒倉(cāng)排出15中。優(yōu)選地，排放噴嘴30以散布良好的噴射或噴霧方式將處理流體遍散分布到筒倉(cāng)排出15中。
來(lái)自伊利諾斯州Wheaton的Spring系統(tǒng)公司的諸如1/4JAU型號(hào)的自動(dòng)空氣霧化噴嘴，是一個(gè)具有良好散布特性的示范性噴嘴。該自動(dòng)空氣霧化噴嘴通過(guò)使連續(xù)的高壓氣流經(jīng)過(guò)噴嘴體而工作。來(lái)自饋送線26的處理流體被噴成霧狀與高壓氣流混合，并以散布良好的霧狀流入筒倉(cāng)排出15。該噴嘴具有銷型觸發(fā)器設(shè)備，該觸發(fā)器設(shè)備可以快速開(kāi)啟和關(guān)閉處理流體饋送入氣流。通過(guò)流控制設(shè)備104和102，氣流和銷觸發(fā)器都可以分別被OCS 100控制。
盡管能夠使用噴嘴的任意組合，但系統(tǒng)優(yōu)選使用至少兩個(gè)排放噴嘴30。根據(jù)噴嘴30的一個(gè)優(yōu)選安排，噴嘴30沿筒倉(cāng)排出15的壁布置，以使噴嘴30沿著筒倉(cāng)排出30周邊相互相對(duì)。每個(gè)噴嘴角度都朝著排出15的順流方向輕微傾斜。使用多于一個(gè)的噴嘴30會(huì)改善處理流體26和粉煤灰的混合。噴嘴朝順流方向傾斜使粉煤灰流不易進(jìn)入和堵塞噴嘴，并使粉煤灰不致被一個(gè)噴嘴的氣流直接沖到排出15的另一邊并進(jìn)入相對(duì)位置上的噴嘴30的出口。
為了控制處理流體的供應(yīng)，OCS 100通過(guò)按照與前面計(jì)算的流體流量相關(guān)的速度操作泵，以控制泵24和44?？蛇x地，通過(guò)使用流/比例監(jiān)控器110以及流量計(jì)28和48，OCS 100可以更加精確地控制乙二酸20和磺酸鹽(或酯)40的流動(dòng)。如圖所示，流/比例監(jiān)控器110被操作連接到OCS 100。OCS100提供目標(biāo)流量給流/比例監(jiān)控器110。在監(jiān)控與乙二酸饋送線25符合的乙二酸流量計(jì)28和與磺酸鹽(或酯)饋送線47符合的磺酸鹽(或酯)流量計(jì)48的同時(shí)，流/比例監(jiān)控器110反過(guò)來(lái)連續(xù)調(diào)節(jié)泵24、44的速度。通過(guò)獨(dú)立調(diào)節(jié)泵24和44的速度，流/比例監(jiān)控器110保證了合適的處理流體總供應(yīng)量和合適的乙二酸與磺酸鹽(或酯)比例。
如下該，控制器100可以方便控制操作順序。
開(kāi)始處理過(guò)程前，操作員將移動(dòng)容器17放置到車重地衡80上，并啟動(dòng)操作員控制面板120上的觸發(fā)器，表示操作員請(qǐng)求系統(tǒng)操作。操作員控制面板120被操作連接到OCS 100。OCS 100上預(yù)編程了筒倉(cāng)13中粉煤灰的碳含量信息。在操作員啟動(dòng)操作控制面板120后，粉煤灰處理完全由OCS 100自動(dòng)完成。
OCS通過(guò)開(kāi)啟氣流控制設(shè)備104使空氣在排放噴嘴30中自由流動(dòng)，以為處理作準(zhǔn)備。高壓氣流驅(qū)逐可能容納在排放噴嘴30中的殘余粉煤灰，并且一旦排放噴嘴30中被供應(yīng)了處理流體，提供用于散布處理流體的就緒流。
OCS 100接下來(lái)直接或通過(guò)流/比例監(jiān)控器110間接地發(fā)乙二酸泵24和磺酸鹽(或酯)泵44操作信號(hào)。基于被預(yù)編程的粉煤灰碳含量，OCS 100確定乙二酸泵24和磺酸鹽(或酯)泵44的最佳泵速，以獲得流量和成分適宜的處理流體。如果系統(tǒng)中用到了流/比例監(jiān)控器，OCS 100將確定泵24、44的最佳泵速，并將該預(yù)期的速度提供給流/比例監(jiān)控器110以控制泵。
OCS 100開(kāi)啟筒倉(cāng)排出閥70，筒倉(cāng)排出閥70允許粉煤灰自由地從筒倉(cāng)流經(jīng)粉煤灰排出15。在短暫的延遲之后，OCS 100啟動(dòng)處理流體流控制設(shè)備102，以使處理流體能被注射到排放噴嘴30中并被氣流帶入到筒倉(cāng)排出15中。筒倉(cāng)排出閥70開(kāi)啟后，處理流體的排出被立即延遲，以避免在粉煤灰流到達(dá)排放噴嘴30前浪費(fèi)處理流體。
通過(guò)監(jiān)控秤80和刻度指示器82，OCS 100測(cè)定移動(dòng)容器17的重量改變率，并以此確定粉煤灰流的流量。基于該流量，OCS 100調(diào)節(jié)乙二酸泵24和磺酸鹽(或酯)泵44的速度以保持適宜的處理流體比例和流量。乙二酸和磺酸鹽(或酯)的真實(shí)流量可分別由乙二酸流量計(jì)28和磺酸鹽(或酯)流量計(jì)48連續(xù)監(jiān)控。如果實(shí)際流量和預(yù)期值不一致，根據(jù)流/比例監(jiān)控器110對(duì)泵速進(jìn)行調(diào)節(jié)。
當(dāng)移動(dòng)容器17接近其最大承重能力時(shí)，刻度指示器82將指示。當(dāng)移動(dòng)容器接近其最大承重時(shí)，筒倉(cāng)排出閥70被關(guān)閉，OCS 100關(guān)閉處理流體流控制設(shè)備102。結(jié)束裝貨循環(huán)后，OCS 100可以自動(dòng)切斷乙二酸泵24和磺酸鹽(或酯)泵44的電供應(yīng)，并關(guān)閉氣流控制設(shè)備104和處理流體流控制設(shè)備102?？蛇x地，操作員可以在操作中的任意點(diǎn)關(guān)閉筒倉(cāng)排出閥70。在感知到排出閥70關(guān)閉時(shí)，OCS 100可以被預(yù)編程為切斷泵24、44的電供應(yīng)并關(guān)閉氣流控制設(shè)備104和處理流控制設(shè)備102。
參見(jiàn)圖6，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，粉煤灰處理系統(tǒng)可以被提供為孤立或者甚至是便攜式的系統(tǒng)，該系統(tǒng)便于附加到現(xiàn)存的粉煤灰存儲(chǔ)系統(tǒng)中。典型的粉煤灰存儲(chǔ)系統(tǒng)包括連接到筒倉(cāng)排出15上的粉煤灰筒倉(cāng)13，筒倉(cāng)排出15具有與其相符合的筒倉(cāng)排出閥70。筒倉(cāng)排出15懸垂在秤80上，使得移動(dòng)容器17可以被置于秤80上以接收來(lái)自筒倉(cāng)排出15出口的粉煤灰。操作員控制面板120被操作連接到筒倉(cāng)排出閥70，并可以被連接或不連接到秤80上，以使操作員控制面板120在預(yù)定的時(shí)刻、或當(dāng)車重地衡80達(dá)到預(yù)定承重時(shí)開(kāi)啟筒倉(cāng)排出閥70。
粉煤灰處理系統(tǒng)300易于連接到現(xiàn)存的粉煤灰存儲(chǔ)系統(tǒng)中，以獲得如圖5所示和下述的完整系統(tǒng)。
為使粉煤灰處理系統(tǒng)300與現(xiàn)存粉煤灰存儲(chǔ)系統(tǒng)相結(jié)合，操作員控制面板120的輸出從筒倉(cāng)排出閥70上斷開(kāi)，并如連接器202所指示的被連接到OCS 100的輸入上。OCS 100的輸出通過(guò)連接器點(diǎn)204被連接到筒倉(cāng)排出閥70的輸入上。
為監(jiān)控移動(dòng)容器的重量，系統(tǒng)300的刻度指示器82通過(guò)連接器208被連接到車重地衡82上。如果現(xiàn)存的粉煤灰存儲(chǔ)系統(tǒng)200已經(jīng)包括車重地衡82，則將車重地衡82操作連接到OCS 100的輸入上。
一或多個(gè)排放噴嘴30被配置在筒倉(cāng)排出15的壁之內(nèi)。根據(jù)本領(lǐng)域的公知方法，排放噴嘴30可以被輕易地附加到筒倉(cāng)排出的壁上。舉例來(lái)說(shuō)，安裝設(shè)備可以簡(jiǎn)單地在筒倉(cāng)排出的壁上鉆孔，并將噴嘴30的噴射端固定到所鉆的孔內(nèi)。
能夠?qū)⒎勖夯姨幚硐到y(tǒng)300安裝到現(xiàn)存粉煤灰存儲(chǔ)系統(tǒng)200的性能，既降低了與改進(jìn)粉煤灰存儲(chǔ)系統(tǒng)200相關(guān)的資金花費(fèi)，還將安裝費(fèi)用和時(shí)間減至最少。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠設(shè)想在此提出的本發(fā)明的各種修改和其他實(shí)施例，這些發(fā)明具有前述描述和相關(guān)圖中所提出的經(jīng)驗(yàn)益處。因此應(yīng)該理解到，本發(fā)明并不局限于所公開(kāi)的示范性實(shí)施例，還包括符合所附權(quán)利要求范圍的修改和其他實(shí)施例。盡管此處使用了限定性詞語(yǔ)，但其用作一般性和描述性意義，而非出于限制目的。
權(quán)利要求
1.一種粉煤灰與處理流體的混合方法，包括步驟使粉煤灰流流動(dòng)；確定該粉煤灰的流量；以及將至少一種處理流體以與該確定的粉煤灰流量相對(duì)應(yīng)的流量而散布到該粉煤灰中。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中該流動(dòng)步驟包括通過(guò)管道在流態(tài)化的流中傳輸粉煤灰。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，其中該將處理流體散布到粉煤灰中的步驟包括提供該粉煤灰的被測(cè)量流量到控制器；用與該控制器操作通信的增壓裝置為該處理流體增壓；和將該被增壓的處理流體散布到該粉煤灰流中。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中該粉煤灰的流量由與刻度指示器操作連接的秤測(cè)量。
5.如權(quán)利要求3或4的方法，其中該處理流體被增壓，以提供流體流量與該粉煤灰的被測(cè)量流量相對(duì)應(yīng)的處理流體。
6.如權(quán)利要求3-5中任一項(xiàng)的方法，其中該增壓裝置是泵。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中該增壓程度由該泵的泵速確定。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其中該粉煤灰流通過(guò)重力自由降落流動(dòng)。
9.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其中該粉煤灰流通過(guò)氣動(dòng)傳輸器流動(dòng)。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的方法，其中該將處理流體散布到粉煤灰中的步驟包括將液體處理流體噴射入該流動(dòng)的粉煤灰流中。
11.如權(quán)利要求10的方法，其中該液體被霧化。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中該液體被空氣霧化。
13.如權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)的方法，其中該處理流體包括選自如下組中的劑犧牲劑、表面活性劑、涂料組分，以及其組合。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中該處理流體包括犧牲劑，并且該犧牲劑是芳族有機(jī)化合物，該芳族化合物具有至少一個(gè)選自如下組的官能團(tuán)磺酸鹽(或脂)、羧酸酯或氨基。
15.如權(quán)利要求13的方法，其中該處理流體包括犧牲劑，并且該犧牲劑是分子量約為2000Da或更少的乙二醇或乙二醇衍生物。
16.如權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括測(cè)量該粉煤灰的原始碳活性的步驟；其中該散布步驟包括將碳-反應(yīng)犧牲劑散布到該粉煤灰中，其量足以使該粉煤灰中的碳活性降低到低于該粉煤灰的原始碳活性的值。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中該將碳-反應(yīng)犧牲劑散布到該粉煤灰中的步驟包括將碳-反應(yīng)犧牲劑散布到該粉煤灰中，其量足以使該粉煤灰中的碳活性降低到預(yù)定值。
18.一種修改現(xiàn)有的粉煤灰存儲(chǔ)筒倉(cāng)的方法，能夠自動(dòng)處理從該筒倉(cāng)排出的粉煤灰，其中該現(xiàn)有的筒倉(cāng)具有排出、排出閥和秤，該修改步驟包括提供自動(dòng)化處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括流提供線，其與位于該提供線第一端的噴嘴流通信；第一流增壓裝置，具有與該流提供線第二端流通信的出口以及與第一流儲(chǔ)器流通信的入口；流測(cè)量設(shè)備；以及與該第一流增壓裝置和該流測(cè)量裝備操作連接的自動(dòng)控制系統(tǒng)；將該系統(tǒng)的噴嘴布置到該筒倉(cāng)排出的壁之內(nèi)；將該筒倉(cāng)排出閥操作地連接到該控制器的輸出；以及將該秤操作地連接到該流測(cè)量裝備。
19.一種粉煤灰處理方法，包括步驟通過(guò)開(kāi)啟粉煤灰存儲(chǔ)筒倉(cāng)的排出閥，使粉煤灰流過(guò)粉煤灰排出；提供處于壓力下的處理流體；霧化該被增壓的處理流體；將該被霧化的處理流體散布到該粉煤灰流中；監(jiān)控該粉煤灰流量；以及當(dāng)預(yù)定量的粉煤灰已被處理后，關(guān)閉該排出閥并停止散布處理流體。
20.如權(quán)利要求19的方法，其中處理流體被散布的量根據(jù)所監(jiān)控的粉煤灰流量而變化。
21.一種粉煤灰處理方法，包括步驟通過(guò)管道傳輸粉煤灰；以及散布至少一種處理流體到該粉煤灰中；其中該處理流體，是包括選自由犧牲劑、表面活性劑、涂料組分、以及其組合所構(gòu)成的組中的至少一種成分的液體。
22.一種粉煤灰處理系統(tǒng)，包括流體提供線，適于附加到粉煤灰傳輸管道；具有與該流體提供線流通信的出口的第一流體增壓裝置；以及流測(cè)量設(shè)備，用于當(dāng)該粉煤灰被傳輸經(jīng)過(guò)該傳輸管道時(shí)測(cè)量該粉煤灰的流量；以及與該第一液體增壓裝置和該流測(cè)量設(shè)備操作通信的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
23.如權(quán)利要求22的粉煤灰處理系統(tǒng)，其中該第一流增壓裝置是泵。
24.如權(quán)利要求22或23的粉煤灰處理系統(tǒng)，其中該流提供線被連接到該粉煤灰管道，并通過(guò)噴嘴與該粉煤灰管道通信。
25.如權(quán)利要求24的粉煤灰處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第二流增壓裝置，其中該第二流增壓裝置與該自動(dòng)控制系統(tǒng)操作連接，并且該第二流增壓裝置具有與該流提供線流通信的出口。
26.如權(quán)利要求25的粉煤灰處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括處于該第一流增壓裝置和該流提供線之間的第一流傳感器，并且操作地連接到所述自動(dòng)控制系統(tǒng)。
27.如權(quán)利要求26的粉煤灰處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括處于該第二流增壓裝置和該流提供線之間的第二流傳感器，并且操作地連接到所述自動(dòng)控制系統(tǒng)。
28.如權(quán)利要求25-27中任一項(xiàng)的粉煤灰處理系統(tǒng)，其中該第二流增壓裝置是第二泵。
29.如權(quán)利要求22-28中任一項(xiàng)的粉煤灰處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括粉煤灰控制閥，用于控制粉煤灰經(jīng)過(guò)該粉煤灰管道的流動(dòng)，其中該粉煤灰控制閥操作地連接到該自動(dòng)控制系統(tǒng)。
30.如權(quán)利要求22-29中任一項(xiàng)的粉煤灰處理系統(tǒng)，其中該流測(cè)量設(shè)備是操作連接有刻度指示器的秤。
31.如權(quán)利要求22-30中任一項(xiàng)的粉煤灰處理系統(tǒng)，其中該粉煤灰傳輸管道被提供在粉煤灰存儲(chǔ)筒倉(cāng)之內(nèi)。
全文摘要
一種通過(guò)平均散布處理流體到流動(dòng)的粉煤灰流中以處理粉煤灰和處理流體的方法和系統(tǒng)。通過(guò)將處理流體散布到流動(dòng)的粉煤灰中，該方法比當(dāng)大量固體流動(dòng)時(shí)所發(fā)生的自然混合和顆粒運(yùn)動(dòng)有優(yōu)勢(shì)。處理流體的應(yīng)用被自動(dòng)化控制器有利地控制，該自動(dòng)控制器的輸入和輸出允許其根據(jù)所測(cè)量的粉煤灰流的流量調(diào)節(jié)處理流體的流量。
文檔編號(hào)C04B14/00GK1741864SQ200480002819
公開(kāi)日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2004年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月24日
發(fā)明者馬可－安德烈·塔迪夫, 羅斯·K·馬杰斯, 羅素·L·希爾 申請(qǐng)人:博拉爾材料技術(shù)有限公司