一种基于太阳能和储热的颗粒矿物干法分选系统

摘要

本发明公开了一种基于太阳能和储热的颗粒矿物干法分选系统，其包括太阳能供电储电模块、太阳能光热模块、相变储热加热模块和颗粒矿物干燥分选模块。本发明将太阳能光电技术、太阳能光热技术、相变蓄热技术和热管相变传热技术应用于颗粒矿物的干燥分选系统中，利用储能装置将光伏电能储存起来以供应电加热装置，降低系统用电对太阳能的实时依赖，采用太阳能光热和电加热耦合相变材料加热的方式，实现对风道内介质的大面积恒温加热，使加热更均匀，同时旋流分选器仓壁布置热管，换热效率高，实现了分选仓内快速均温干燥，提高了脱水干燥和分选效率。本发明具有节能环保、结构简单、使用寿命长、分选效率较高、运行稳定可靠的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及矿物分选领域，具体涉及一种基于太阳能和储热的颗粒矿物干法分选系统。

背景技术

为实现矿物的高效率利用，需要对原产矿按不同纯度进行分选，以避免劣质矿或副产物掺杂对矿物工业利用率的影响。目前矿物的分选方法包括干法和湿法两种，其中湿法分选需要消耗大量水源，不适用于缺水干旱地区的分选应用和生态的可持续发展，因此，如何提升干法分选系统的效率成为一项亟待解决的现实问题。

干法分选通常存在以下缺点或不足：干法中热风的鼓入需要消耗大量电能和热能来驱动系统内的风机以及加热自然风，极度依赖电能；同时分选仓内热风的鼓入为不规则流动，导致仓内温度分布不均，使得不同区域矿物原料的脱水干燥程度不同，原料中水分含量不一致性的存在间接影响了分选效率。

因此，有必要设计一种节能高效且能改善仓内温度均匀性的分选系统及方法以克服以上现实中的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于太阳能和储热的颗粒矿物干法分选系统，以克服现有干法分选技术中存在的温度均匀性差以及依赖传统电能等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于太阳能和储热的颗粒矿物干法分选系统，包括太阳能供电储电模块、太阳能光热模块、相变储热加热模块和颗粒矿物干燥分选模块；

所述太阳能供电储电模块包括太阳能光电系统和逆变器，所述太阳能光电系统与逆变器的输入端电连接；

所述相变储热加热模块包括电加热装置和相变储热加热装置，所述电加热装置呈圆柱状，电加热装置内部纵向均匀间隔设有若干电加热棒，所述相变储热加热装置呈圆环柱状，且同轴设置在电加热装置外部，相变储热加热装置内部纵向均匀间隔设有若干换热介质流道，相变储热加热装置内部填充相变储热材料，所述相变储热材料相变温度为80-100℃，电加热装置外圆面与相变储热加热装置内壁面之间形成的环形腔为风道，所述风道内均匀间隔分布有若干个风道支撑板；

所述颗粒矿物干燥分选模块包括给料仓、旋流分选器、一次风机、1^#二次风机、2^#二次风机、二次风进风箱、尾矿收集仓、精矿收集仓、除尘器及引风机，所述旋流分选器呈圆筒状，旋流分选器上部沿圆筒壁切线方向设置一次风入口，圆筒中部设有多个二次风入口，圆筒中部设置在二次风进风箱内部，一次风机、1^#二次风机、2^#二次风机分别与所述风道的进风口连通，所述给料仓的出口连接风道的出风口与一次风入口之间的管路，所述风道的出风口分别与一次风入口、二次风进风箱的两个入口连通，圆筒的筒壁内均匀布置有热管，圆筒底部设有中矿收集斗，所述中矿收集斗外同轴设置有尾矿收集斗，中矿收集斗及尾矿收集斗底部均连接中矿和尾矿出口，中矿和尾矿出口连接尾矿收集仓，在尾矿收集仓内设有中矿通道，中矿通道与中矿收集斗连通，所述旋流分选器顶部设有精矿出口，精矿出口连接所述除尘器的入口，除尘器顶部设有尾气出口，尾气出口连接引风机，除尘器底部出口连接精矿收集仓；

所述逆变器的输出端分别与一次风机、1^#二次风机、2^#二次风机、电加热棒电连接，所述太阳能光热模块与所述相变储热加热模块连接。

进一步地，所述太阳能光电系统包括太阳能光伏板、储电装置、立柱和底座，太阳能光伏板倾斜固定安装在立柱的顶端，立柱的下端固定在底座上，储电装置固定在底座上，所述太阳能光伏板与储电装置电连接，所述储电装置与所述逆变器的输入端电连接。

优选的，所述储电装置包括多个储能电池组，所述储能电池组由多个储能电池同向排列组成。

优选的，所述储能电池为锂电池、钠电池、铅酸电池中的一种。

进一步地，所述太阳能光热模块包括若干太阳能集热板、吸热介质流管、支撑架和底板，所述支撑架包括矩形外框和设置在外框内的若干平行支撑轴，外框底部两侧分别与底板固定，外框与底板呈一定夹角，外框两侧设有若干均匀对称分布的固定通孔，支撑轴两端分别穿过一连接侧板后插入通孔内，所述吸热介质流管的两端分别穿过连接侧板的另一端，与支撑轴平行设置，所述太阳能集热板的集热面朝向吸热介质流管，太阳能集热板的背面固定在支撑轴上，所述吸热介质流管与所述换热介质流道连通。

优选的，所述支撑轴为活动件，所述太阳能集热板以支撑轴为轴相对于吸热介质流管上下转动。

进一步地，所述一次风机、1^#二次风机、2^#二次风机与所述风道的进风口之间的管路上分别设有流量计；所述风道的出风口与一次风入口、二次风进风箱的两个入口之间的管路上分别设有压力表。

进一步地，所述给料仓底部出口处还设有拨料器。

优选的，所述太阳能集热板呈弧形。

进一步地，所述逆变器的输出端还连接交流电源。

本发明将太阳能光电技术、太阳能光热技术、相变蓄热技术和热管相变传热技术应用于颗粒矿物的干燥分选系统中，利用储能装置将光伏电能储存起来以供应电加热装置，降低系统用电对太阳能的实时依赖，采用太阳能光热和电加热耦合相变材料加热的方式，实现对风道内介质的大面积恒温加热，使加热更均匀，同时旋流分选器仓壁布置热管，换热效率高，实现了分选仓内快速均温干燥，提高了脱水干燥和分选效率。

本发明具有节能环保、结构简单、使用寿命长、分选效率较高、运行稳定可靠的优点，基于太阳能和储热的颗粒矿物干法分选系统一方面通过利用太阳能减少对传统电能的依赖，促进了系统驱动的清洁环保和可持续性，对于实现节能减排，具有深远的意义；另一方面，相变储热及传热技术的应用，保证了自然风的恒温加热，实现了分选仓内的快速均温脱水干燥，提高了分选效率，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本发明的基于太阳能和储热的颗粒矿物干法分选系统的示意图；

图2为图1中太阳能光电系统的正面结构示意图；

图3为图1中太阳能光电系统的背面结构示意图；

图4为图1中太阳能光热模块的正面结构示意图；

图5为图1中太阳能光热模块的背面结构示意图；

图6为图1中储热加热装置的结构示意图；

图7为图6的内部剖视图；

图8为图1中旋流分选器的结构示意图；

图9为图8的俯视图；

图中，1-一次风机，2-流量计，3-相变储热加热模块，4-给料仓，5-压力表，6-二次风进风箱，7-旋流分选器，8-中矿收集斗，9-尾矿收集仓，10-中矿通道，11-除尘器，12-精矿收集仓，13-引风机，14-拨料器，15-1^#二次风机，16-2^#二次风机，17-太阳能光电系统，18-太阳能光热模块，19-交流电源，20-逆变器，21-精矿出口，22-一次风入口，23-二次风入口，24-中矿和尾矿出口，25-热管，26-尾矿收集斗，27-电加热装置，28-换热介质流道，29-风道支撑板，30-风道，31-相变储热加热装置，32-相变储热材料，33-太阳能光伏板，34-储电装置，35-立柱，36-底座，37-储能电池，38-太阳能集热板，39-吸热介质流管，40-底板，41-外框，42-支撑轴，43-销轴，44-通孔，45-连接侧板，46-尾气出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种基于太阳能和储热的颗粒矿物干法分选系统，包括太阳能供电储电模块、太阳能光热模块18、相变储热加热模块3和颗粒矿物干燥分选模块。

所述太阳能供电储电模块包括太阳能光电系统17和逆变器20，如图2和图3所示，所述太阳能光电系统17包括太阳能光伏板33、储电装置34、立柱35和底座36，太阳能光伏板33倾斜固定安装在立柱35的顶端，立柱35的下端固定在底座36上，储电装置34固定在底座36上，所述太阳能光伏板33与储电装置34电连接，所述储电装置34与所述逆变器20的输入端电连接，所述储电装置34包括多个储能电池组，所述储能电池组由多个储能电池37同向排列组成，所述储能电池37为锂电池、钠电池、铅酸电池中的一种，储能电池37实现光电的高效储存和实时转化。

如图4和图5所示，所述太阳能光热模块18包括若干呈弧形的太阳能集热板38、吸热介质流管39、支撑架和底板40，所述支撑架包括矩形外框41和设置在外框41内的若干平行支撑轴42，外框41底部两侧分别通过销轴43与底板40固定，外框41与底板40呈一定夹角，外框41两侧设有若干均匀对称分布的通孔44，支撑轴42两端分别穿过一连接侧板45后插入通孔44内，所述吸热介质流管39的两端分别穿过连接侧板45的另一端后与支撑轴42平行设置，所述太阳能集热板38的内凹面朝向吸热介质流管39，太阳能集热板38的外凸面固定在支撑轴42上。支撑轴42为活动件，太阳能集热板38以支撑轴42为轴相对于吸热介质流管39上下转动，如此，太阳能集热板38的角度可根据太阳光照情况适度调整以保持高效集热。

如图6和图7所示，所述相变储热加热模块3包括电加热装置27和相变储热加热装置31，所述电加热装置27呈圆柱状，电加热装置27内部纵向均匀间隔设有若干电加热棒，所述相变储热加热装置31呈圆环柱状，且同轴设置在电加热装置27外部，相变储热加热装置31内部纵向均匀间隔设有若干换热介质流道28，相变储热加热装置31内部填充相变储热材料32，所述相变储热材料32相变温度为80-100℃，换热介质将太阳光热输送至相变储热材料32储存，所述相变储热材料32可以是有机相变材料、无机相变材料、有机复合相变材料、无机复合相变材料和微胶囊相变材料。相变材料的选用以煤的脱水干燥温度作为参考，旨在实现对自然风的恒温持续加热，保证稳定的鼓风温度。电加热装置27外圆面与相变储热加热装置31内壁面之间形成的环形腔为风道30，所述风道30内均匀间隔分布有若干个风道支撑板29。该相变储热加热模块采用电加热装置27耦合相变储热加热装置31的方式保证了相变材料在各种光照环境下的持续储热，实现了对自然风的长期恒温加热，通过新能源供能的方式，减少能源消耗，绿色环保。

所述颗粒矿物干燥分选模块包括给料仓4、旋流分选器7、一次风机1、1^#二次风机15、2^#二次风机16、二次风进风箱6、尾矿收集仓9、精矿收集仓12、除尘器11及引风机13，如图8和图9所示，所述旋流分选器7呈圆筒状，旋流分选器7上部沿圆筒壁切线方向设置一次风入口22，圆筒中部设有多个二次风入口23，圆筒中部设置在二次风进风箱6内部，一次风机1、1^#二次风机15、2^#二次风机16分别与所述风道30的进风口连通，所述风道30的出风口分别与一次风入口22、二次风进风箱6的两个入口连通，所述给料仓4的出口连接风道30的出风口与一次风入口22之间的管路，圆筒的筒壁内均匀布置有热管25，所述热管25不限结构及工质，通过在旋流分选器7筒壁内布置热管25以实现仓内空间的快速均温，进而达到矿物原料同步脱水干燥，提高分选效率。圆筒底部设有中矿收集斗8，所述中矿收集斗8外同轴设置有尾矿收集斗26，中矿收集斗8及尾矿收集斗26底部均连接中矿和尾矿出口24，中矿和尾矿出口24连接尾矿收集仓9，在尾矿收集仓9内设有中矿通道10，中矿通道10与中矿收集斗8连通，所述旋流分选器7顶部设有精矿出口21，精矿出口21连接所述除尘器11的入口，除尘器11顶部设有尾气出口46，尾气出口46连接引风机13，除尘器11底部出口连接精矿收集仓12。

所述逆变器20的输出端分别与一次风机1、1^#二次风机15、2^#二次风机16、电加热棒电连接，所述吸热介质流管39与所述换热介质流道28连通。

为了使系统控制更加精准，所述一次风机1、1^#二次风机15、2^#二次风机16与所述风道30的进风口之间的管路上分别设有流量计2。所述风道30的出风口与一次风入口22、二次风进风箱6的两个入口之间的管路上分别设有压力表5。

为了使系统运行稳定以及矿料能连续出料，所述给料仓4底部出口处还设有拨料器14。

为了使系统在长期太阳能微弱情况下还能继续运行，所述逆变器20的输出端还连接交流电源19，将部分交流电源储存起来。

太阳能光伏板32将吸收的太阳光能以直流电的形式储存在储电模块35中，后经逆变器20处理给各风机供电，同时部分逆变电流供给相变储热加热模块3中的电加热棒，另外系统保留部分交流电源以应对长期太阳能微弱的情况；太阳能光热模块18利用传热介质间接将太阳能光热输送给相变储热加热装置31用以加热自然风，加热后的一次风将给料器4运来的矿物原料沿圆筒切线方向送至旋流分选器7进行分选，加热后的二次风由旋流分选器7中部进入分选仓，形成内旋流，质量较轻的精矿被该旋流裹挟旋升进入精矿出口21，质量较重的矿料受离心力作用沿筒壁滑落，期间二次风将筒壁上较轻的矿料吹入内旋流，受旋流和引风的共同作用，部分升入精矿出口21，进入除尘器11进行气固分离，分离后的精矿送入精矿收集仓12，部分落入底部中矿收集斗8，筒壁上遗留的矿料则落入尾煤收集斗27。另外，旋流分选器7筒壁中布置的热管25可迅速将热风带入的热量分散至仓内空间各处，实现空间温度的均匀分布和煤料的同步脱水干燥，进而避免由于脱水程度差异造成的分选误差，提高分选效率。

上述的颗粒矿物分选系统分选效率较高、使用寿命长、节能环保、运行稳定可靠，相变材料储热技术的应用保证鼓风温度处于最佳的煤料脱水温度，热管的植入保证了分选仓内均匀的温度分布和脱水程度，在矿料分选领域具有广阔的市场前景。