基本介紹
- 中文名：風力分選
- 外文名：Wind separation
- 別名：氣流分選
- 簡稱：風選
- 套用：城市垃圾、纖維性固體廢物
- 分選設備：臥式風力風選機和立式風力風選機
原理,套用,工程設計要點與參數,設備,
原理
風力分選是以空氣作分選介質，在氣流和機械振動的作用下，使人選物料按密度和粒度進行分離。利用空氣作分選介質進行分選的基本方式是：將原料給到傾斜安裝的、固定的或可動的多孔表面上，藉助間斷或連續進入的上升氣流推動粒群懸浮，並促使按密度差發生分層，或者是在垂直上升氣流或水平氣流中按密度(粒度)分選，如沉降箱。根據氣流的給人方式和設備運動方向，風力分選照樣有跳汰、搖床和溜槽等工藝之分，但選別過程則與在水介質中的分選有很大不同。
風力跳汰機和風力搖床所需的氣體壓強介於1.5～3kPa。氣流速度與粒群的干涉沉降速度相等。這時自由沉降速度小的顆粒即懸浮在上層，固體體積分數較小；沉降末速大的顆粒則懸浮在下層，具有較大的固體體積分數。入選礦石中，高密度礦物的平均沉降速度較大，因而富集到底層。在這裡懸浮體密度增大對排除低密度礦物也有一定的作用。
氣流速度在分選表面分布均勻與否對分選精確性有很大影響。原料的水分對作業也有很大的影響，當水分超過4%-5%時，顆粒問發生黏結，分選效率和設備處理能力急劇下降。
套用
採用空氣作分選介質的乾法選煤工藝，沒有濕法選煤中的脫水和煤泥水處理系統，其基建投資僅為濕法選煤的20%，生產成本僅為濕法選煤的50%。同時，精煤水分低可提高發熱量。據測算，水分減少1%與降灰1%是等效的。此外，由於產品水分低，在倉儲、運輸過程中不易發生堵塞事故。然而，乾法分選的作業環境差，分選效率明顯比濕法分選的低，僅適用於處理易選的原煤。
隨著環境保護條例的嚴格執行和對精煤質量(特別是含硫量)要求的提高，促使需要對原煤在低於1500kg/m密度的條件下進行深度分選，這一方面制約了常規風力選煤工藝的推廣，同時也促進了新的乾法選煤設備和工藝的研發工作。例如，美國在20世紀中期風力選煤所占的比例曾達14.6%，設備以風力跳汰為主，但自20世紀60年代中期以後，迅速銳減，已較少採用。
我國的原煤入選率還比較低，2013年全國煤炭行業的原煤人選率接近60%，其中以國有重點煤礦和地方煤礦為主，鄉鎮和民營煤礦人選率很低，需大力發展原煤分選和加工技術。在嚴寒、缺水地區(如我國西部)，乾法選煤仍具有其獨特的優越性，且投資少、生產成本低。
在城市生活垃圾的資源化綜合處理工藝中，風力分選具有其獨特的優越性，正處於蓬勃發展和套用中。
在糧食加工行業中，常利用風力分選去除糧食中的糠皮和沙石。儘管風力分選的效率總體不如濕式的高，且在生產中需要複雜的集塵系統，作業也易受污染，這些不利因素曾制了它的發展，然而，隨著礦產資源廣泛被開發利用，在乾旱地區建立的選礦廠日益增多，某些須用乾法處理的礦物原料也在不斷擴大產量，特別是在煤炭和廢紙、廢塑膠等二次資源的分選方面，風選有其獨到之處，已顯示出了較大的發展潛力。
工程設計要點與參數
1 風力分選工程設計要點
① 確定經破碎的垃圾顆粒特徵，包括粒徑、形狀、含水率、成團傾向以及纖維含量等；
② 確定輕組分物料特徵；
③ 確定破碎單元和分選單元的物料輸送與進料方法；
④ 風選操作特性，包括能源的要求，維修、操作的簡易性，性能的可靠性，噪音輸出量，以及空氣與水污染控制的要求；
⑤ 設備安裝的空間、高度、通道等要求。
2 風選設備設計基本參數
(1) 氣固比：有關研究表明，對城市垃圾中輕組分的分選，氣固比取5：1～1.25：1(質量比)為宜。
(2) 氣流速度：由於城市垃圾顆粒形狀與性質比較複雜，同時又是在密集的、有限殼體內的氣流中運動，顆粒與邊界作用而形成阻力，加之物料的成團作用等，對氣流速度均產生較大影響。因此，對於不同類型的城市垃圾，採用風選分離時，所需氣流速度不盡相同，尚無統一的計算公式。
(3) 其他：單位時間供料負荷、空氣輸送量、氣體壓力降等。
設備
常用的風力分選設備有沉降箱、離心式分離器、風力跳汰機、風力搖床和風力尖縮溜槽等。一般情況下，風力分選的供風和集塵系統都採用循環的氣流。經過風力分選機的氣流，因帶有大量的粉塵，故首先在集塵設備中進行除塵，然後再用鼓風機送回分選機中繼續使用，形成循環的氣流。
沉降箱
這種設備通常安裝在風力運輸管道的中途，借沉降箱內過流斷面的擴大，氣流速度降低，使粗顆粒在箱中沉降下來。與沉降箱的工作原理相似的另外兩種風力分選設備是水平式風力分選機和鋸齒形風力分選機。這兩種設備常用於城市生活垃圾分選，其突出優點是構造簡單，使用方便。當然，其分選精確度也相對較低。在垃圾可燃物分選中，當物料水分為40%時，可燃物的回收率可達90%。
離心式分離器
離心式分離器是藉助氣流的迴轉運動，將所攜帶的固體顆粒按粒度分離。造成氣流迴轉的方法主要有兩種：一是氣流沿切線方向給人圓形分離器的內室；二是借室內葉片的轉動使氣流旋轉。這類設備常用的有旋風集塵器、通過式離心分離器、離心式氣流分級機等。
A 旋風集塵器
這種設備的結構頗似水力旋流器，只是尺寸要大一些。含塵氣體進入集塵器後，固體顆粒在迴轉運動中被甩到周邊，與器壁相撞擊後沿螺旋線向下運動，最後由底部排塵口排出。
旋風集塵器的結構簡單，製造容易，使用方便。在處理含有10 µm以上顆粒的氣體時，集塵效率可達70%～80%(按固體粉塵回收百分數計)。但這種設備的阻力損失較大、能耗高、易磨損。
B 通過式離心分離器
通過式離心分離器常用來對物料進行乾式分級，它本身沒有運動部件。這種設備主要由外錐和內錐組成，兩者用螺旋狀葉片在上部連線起來。含固體物料的氣流沿下部管道以18-20m/s的速度向上流動，氣流進入兩圓錐間的環形空間後，速度降到4～6m/s。由於速度降低，最粗的固體顆粒即沉降到外圓錐的內表面，並向下滑落經套筒排出。較細的固體顆粒隨氣流穿過葉片，沿切線方向進入內錐，在離心慣性力的作用下，稍粗一些的顆粒又被拋到內錐的錐壁，然後下滑，並經套筒排出。攜帶細顆粒的氣流在迴轉運動中上升，由排風管道排出。
C 離心式氣流分級機
離心式氣流分級機自身帶有轉動葉片或轉子，其結構形式有很多種，廣泛套用於微細粒級物料的乾式分級。原料由中空軸給到旋轉盤上，藉助盤的轉動將固體顆粒拋向內殼所包圍的空間。在中空軸上還裝有上部和下部兩層葉片，在轉動中形成圖示方向的循環氣流。粗顆粒到達內殼的內壁後，克服上升氣流的阻力落下，由底部內管排出，成為粗粒級產物。細小的顆粒被上升氣流帶走，進入內殼與外殼之間的環形空間內。由於氣流的轉向和空間斷面的擴大，細顆粒也從氣流中脫出落下，由底部孔口排出，成為細粒級產物。
葉片轉子型離心式氣流分級機易於調節分級產物的粒度，分級區的氣固濃度波動對分級粒度的影響顯著降低，同時還具有能耗低、生產能力高、不需要另外安裝通風機和集塵器等優點。其缺點是通過環形斷面的氣流速度分布不均勻，致使分級的精確度不高，另外還容易導致物料在循環過程中粉碎。
風力跳汰機
機中有兩段固定的多孔分選篩面。由鼓風機送來的空氣通過旋轉閘門間斷地通過篩板，形成鼓動氣流。待分選的物料由篩板的一端進入，在氣流的推動下間斷地鬆散懸浮，並隨之按密度發生分層。在第1段篩板上分出密度最大的高密度產物，選出的密度低一些的產物進入第2段篩板，進一步分選出低密度產物和中等密度的產物。整個跳汰機由特製的罩子封閉，分層情況從側面觀察孔探視。
風力搖床
1905年塞頓等首次設計出了風力搖床，並於1916年在美國開始用於分選煙煤。前蘇
聯作為世界上套用乾法選煤生產規模最大的國家之一，採用的主要分選設備也是風力搖床。
風力搖床的結構與濕法分選使用的搖床類似，只是在風力搖床上藉助連續上升或間斷上升的氣流推動礦粒鬆散，從而發生分層。這種設備在風力分選中套用比較廣泛，類型也比較多，主要用來處理粗粒級煤，也常用於分選某些金屬礦石和稀有金屬砂礦。
風力尖縮溜槽
風力尖縮溜槽是一種與濕式尖溜槽結構類似的風選設備，由英國瓦倫·斯普林(Warren Spring)試驗室研製成功。
風力尖縮溜槽的槽面由微孔材料製成，槽面下面有一個空氣室。低壓空氣由槽的一端引入，通過多孔表面向上流動。原料從槽的上端給入，在氣流吹動下形成沸騰床，在沿槽面向下運動中發生分層。分層後的低密度和高密度礦物從槽末端排出時利用分隔板分開。
