CN102089071A - 煅烧方法和煅烧设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于煅烧粉末状或者微小颗粒状石膏的方法，具有两个步骤：在煅烧研磨机(3)中对石膏快速煅烧和在反应容器(6)中对热石膏再煅烧。根据本发明设计如下，即反应容器(6)中的再煅烧在加入潮湿气体的条件下完成，在此不对反应容器(6)进行加热。再煅烧经过很长的停留时间完成，该停留时间至少10倍于，优选50到100倍于快速煅烧时的停留时间。本发明在没有额外能源消费下实现了煅烧的完成，在此额外地在快速煅烧时进一步将存留的二水合物转化为半水化物而减小了不期望的硬石膏成分。由此既实现了产品质量的标准化也实现了产品质量的提高。可以降低位于前面的煅烧研磨机(3)的温度，这使额外的节约能源成为可能。本发明也可以用于加速煅烧后石膏的老化。
Description
本发明涉及用于煅烧粉末状或者微小颗粒状石膏(Gips)的方法，其中石膏在反应容器中再煅烧(nachkalziniert)之前，首先在煅烧研磨机(Kalziniermühle)中煅烧。用于实行该方法的设备以及升级反应器(Nachrüstreaktor)同样是本发明的主题。
出于煅烧石膏的目的，将原材料粉碎并且在干燥之后(分离自由水)在反应器中煅烧(分离结晶水(kristallin gebundenem Wasser))。为此可以前接简单的带有燃烧器(文献DE 37 38 301 A1)的干燥机或者昂贵的涡流层干燥机(Wirbelschichttrockner)(文献DE 37 21 421 A1)到原有反应器。通常石膏沸腾炉
或者转筒炉
用作反应器。一种替代的方法引导(Verfahrensführung)设为，借助于专门的煅烧研磨机联合粉碎和煅烧。最后的结构类型提供了关于最终产品的能源利用和精度优势。对于该种煅烧研磨机通常球形研磨机/辊环研磨机或者槌形研磨机/HIC(水平撞击煅烧器)使用作为粉碎机(Mahlwerk)。此外输入热气，目的就是将石膏中存在的二水化合物(DH)尽可能优化地转化为半水化物(HH)。为了达到在煅烧研磨机中短的停留时间其温度水平必须位于原先的煅烧温度之上。该种快速煅烧(Flash-Kalzinierung)所需的能量消耗是非常大的。此外石膏中产生了不期望的硬石膏(Anhydrit)(AIII)。
由生产水泥(Zement)的方法可知，设计有用于实行再煅烧的反应器。当然，相比于石膏完全另外的工艺是以水泥的“煅烧”为基础(水泥中化学基本结构的改变对比结晶水的简单分离)，其是在不同的温度下出于其他目的进行(在水泥工艺中去除酸性组成部分对比石膏工艺中脱水)。为了达到所需的温度，为再发生器设计有特有的加热(US2007/0248925A，DE3215793A1)。
本发明的任务在于，如此改善石膏煅烧工艺，使得以更小的能源使用可以实现相同或者更高的质量。
根据本发明的解决方案存在于独立权利要求的特征中。有利的进一步构造是从属权利要求的主题。
本发明涉及用于石膏煅烧的方法，包括的步骤有在煅烧研磨机中煅烧石膏和在反应容器中再煅烧热石膏，其中煅烧作为快速煅烧进行并且在反应容器中的再煅烧在输入潮湿气体下进行，而且此外不加热反应容器，而且停留时间为快速煅烧时的停留时间的至少10倍，优选50到100倍。
根据本发明的方法的应用涉及到石膏块(Stuckgipsen)在再反应器中进行的煅烧和冷却之后的老化过程(Alterungsverlauf)的加速，其中潮湿废气供给到再反应器中并且停留时间由控制装置控制。在此石膏块还理解为石膏浆(Putzgips)。
此外本发明还涉及到实行所提方法的装置：一方面煅烧设备包括快速煅烧研磨机和工艺运行方向上位于其后面的反应容器，其中反应容器具有用于供给优选热潮湿气体的接口(Anschluss)并且此外实施为热惰性的
并且其中设计有控制设备，该控制设备为此构造为，如此调节气体输入，使得石膏在反应容器中的停留时间为快速煅烧时的短的停留时间的至少10倍，优选50到100倍；另一方面用于煅烧设备的相应的升级反应器。
当为了组件的运行必须不输入外部能量，而是只输入在其它工艺级中作为损失能量产生的热能量时，就本发明而言组件是热惰性的。特别地热惰性的组件也通过不存在用于工艺热量的加热装置而突出。
潮湿气体就是一种至少具有30％的水含量的气体(在此涉及到容积百分比)。
系统废气就是在煅烧设备的其它工艺级中作为废气产生的气体；特别地在此之下产生煅烧研磨机和冷却装置的废气。在此之下没有由加热装置特别地产生加热气体。
本发明以煅烧研磨机为出发点，在煅烧研磨机中待煅烧的石膏经受粉碎工艺和煅烧工艺。为此设计有粉碎级和煅烧级，两者也可以组合在一起。在下文中该两级是否组合是不重要的。离开煅烧研磨机的石膏在每种情况下经历两个级。
在煅烧研磨机中粉碎的石膏以优选地超过150℃，优选位于150℃与160℃之间的温度加热，在此进行煅烧工艺，并且煅烧一定时间。在煅烧研磨机中的停留时间优选为1到10秒，进一优选2到6秒，进一步优选3秒。在这非常短的时间(快速煅烧)之后没有保证完全的煅烧。在离开煅烧研磨机时石膏只是部分煅烧并因此输入到反应容器，其中石膏仍处于热状态。石膏的温度一般为100℃或者更高。不可避免地在快速煅烧时进一步在石膏中产生不期望的成分，特别地为二水合物和硬石膏(AIII)的提高成分。
为了应对快速煅烧所固有的缺点，在应用石膏提高的温度下本发明设计有在后接的反应容器中抵消能量(energieneutral)的再煅烧，虽然进行长得多的时间。在此输入潮湿气体起决定性作用，该潮湿气体对于再煅烧作用为反应气体(特别适合的是来自前接的煅烧研磨机的废气，因为该废气具有超过35％的含水量并且具有超过150℃的足够热)。由于由此输入的水蒸气，既可以再氢化不期望的硬石膏也可以进一步将存在的双水合物转化为半水合物。
本发明已经知道输入潮湿气体具有决定性意义，因为这样为了硬石膏的再氢化输入了需要的水，而且通过热惰性的实施提供了足够的热能，而不需要加热装置。以该种方式精炼地并且没有额外能量损耗地减小了煅烧研磨机的输出产品中不期望的成分。由此没有提高运行成本下实现了产品质量的改善。虽然需要保持足够长的停留时间，但是这并不是缺点，因为的确不需要昂贵的能源输入。
由于热惰性的设计，在反应容器中的停留时间可以任意长地选择，而且优选为10到30分钟，进一步优选为15到25分钟，进一步优选为20分钟。
由于本发明由此可以在没有额外能量损耗下完全煅烧。产品质量由此提升了而且不再通过煅烧研磨机的煅烧质量(Kalzinierungsgüte)而受限制。本发明从最终产品的煅烧质量中分离了煅烧研磨机的煅烧质量。由此相对于技术现状在煅烧研磨机中更短的煅烧足够了。这意味着在那温度可以降低，节约了能源；同时由此降低了不期望的硬石膏的成分。
此外本发明通过在反应容器中长的停留时间的再煅烧还实现了比较节制由此不仅提高了煅烧的石膏的质量，而且也可以在输入原产品时均衡进入波动(Zulaufschwankung)。在此波动也不再负面地影响(durchschlagen)到产品质量。
优选地，除了再煅烧之外反应容器也负责石膏的混匀。为此反应容器设计有至少一个液化装置。由此可以阻止反应器中的烧结或者死区的形成并实现强化混匀。潮湿气体有利地应用为液化气体。但是也可以出于该目的将环境空气与系统废气特别是来自于煅烧研磨机的系统废气混合。随后的出发点在于，通过输入的气体实现松散物料(Schüttgute)的液化。然而也可能的是，石膏只由气体环流，而没有利用通过类似液体的混合而产生的优点。也可以以其它的方式实现混匀和防止烧结或者死区的形成。
如果热能以系统废气的形式输入给在反应容器中的石膏，还可以进一步改善再处理的结果。在此优选地应用前接的煅烧研磨机或者后接的冷却装置的废气。
优选地监控和控制输入气体的组分。例如温度和水含量提供作为控制值
调节的进一可能性通过混合器的和/或脱水机的使用获得。
本发明也涉及实行现在所述方法的设备。为了阐明该设备参考上述说明。
改善石膏产品质量而不过多消耗热能的进一可能性在于，老化过程的加速。在老化工艺中石膏在其表面开始再氢化，也就是说AIII组分转化成半水合物组分。
为了加速该工艺在进行煅烧和随后的冷却后在再反应器中设有再处理。该再反应器对应于上述的反应容器。
该再反应器优选地具有液化装置，用于负责石膏的较好混匀。液化气体在此同时也可以用作反应气体。为此在需要有利反应的或者减弱反应的附加物时可输入该气体。此外该反应气体也可以分离于液化气体输入到再反应器中。
对于再反应器的运行没有特别产生热能。在煅烧工艺期间作为损耗能量出现的热能用于再反应器的运行。然而不排除的是，其它工艺的损耗能量也输入给再反应器。
废气的温度优选地超过150℃并进一步优选地达160℃。可以设计有温度控制器，该温度控制器如此设计，通过如环境空气的更冷气体的混入，控制在再反应器中的温度。更冷气体在此可以混入到废气或者直接输入到再反应器。温度控制器优选地进一步如此构造，相应地调节再反应器中的气体的水含量。
用于实行该方法的合适的装置同样也是本发明的主题。为了阐明参考所属方法的实施。
为了始终不变地保证高的产品质量，所提的方法优选地计算机控制地实施。为此设计有相应的感应器和计算单元。
用于实行该方法的煅烧设备的升级反应器同样是该发明的主题。该升级反应器包括用于至少部分煅烧热石膏的输入装置、反应空间和用于完全煅烧石膏的卸料装置，其中根据本发明升级反应器实施为热惰性的而且在其上设计有用于在反应空间中供给优选热的潮湿气体的接口，而且设计有控制设备，该控制装置如此设计，通过输入的潮湿气体量和/或卸料装置的配给控制石膏在反应空间中的停留时间。为了阐明参考用于上述方法的实施。
本发明随后参考附图进一步被阐明，附图中表示的是优选实施方式。其中：
图1是煅烧设备的实施方式的示意性概要描述；
图2是根据图1的煅烧设备的反应容器的截面图；而
图3是用于加速石膏块老化过程的设备的实施方式的示意性概要描述。
根据用于石膏煅烧的设备的实施方式阐述本发明。待煅烧石膏的原材料在进料位置1处送入煅烧设备中。原材料可以特别涉及到回收利用的石膏产品，如石膏构造板，而且也可以涉及到来自于烟雾去硫设备(Rauchgasentschwefelungsanlagen)(REA)的所谓的REA石膏。本发明的应用领域部不仅仅限制为该种石膏，而是也涉及到其它类型的合成石膏，特别是磷石膏，但是也可以应用于天然石膏。石膏原材料由进料位置1到达存储料仓2的上端处。该存储料仓提高地设置而且位于煅烧研磨机3的上部。
待煅烧的货物(这里指石膏)通过管道1送入煅烧研磨机3中。石膏在煅烧研磨机3中粉碎和煅烧。煅烧作为快速煅烧进行。这意味着在也高于原来的煅烧温度的150℃到160℃温度时的在10秒钟之下的较短停留时间。为此热气体产生器31通过输入管道32连接到煅烧研磨机3。
在进行快速煅烧之后，在例如只有3秒(根据本发明没有完全消耗)的停留时间的情况下，仍然超过100℃的热石膏通过上升管道13由煅烧研磨机3输入到过滤设备5。由那管道15输送到根据本发明的反应容器6。石膏在那停留20分钟而且在这段时间内没有外部能量输入地再煅烧。未冷却的反应容器6的功能方式将会进一步说明。一直仍然热的石膏通过管道16由反应容器6输送到转筒冷却装置7的进料端。在通过冷却装置7之后，冷却和现已完全煅烧的石膏通过分配管路17输送到存储料仓19。从存储料仓19可以按照需要取出。为了排出余热设计有用于系统废气4的设备。煅烧研磨机3、过滤器5和冷却装置7连接在用于系统废气的设备上。
此外混合器40连接到系统废气4。具有超过150℃温度的热废气通过管道43由煅烧研磨机3输入并且通过管道47由冷却装置7输入。管道41设计用于环境空气的输入，以如此根据需求输入用于降低废气温度的环境空气。由此产生的混合物到达脱水机44。在该脱水机44可以根据需求或者去除湿度或者添加湿度。如此处理的潮湿混合物通过管道49作为反应气体并且如果可能作为液化气体输送到反应容器6处的潮湿气体接口69。
图2进一步描述了再反应器6的实施方式。再反应器6设为大约每小时35立方米的物料通过量。再反应器6包括作为主组件的壳体60、设置在上端的输入装置62和设置在下端的卸料装置63，该壳体60包围工作空间61，输入管道15连接在输入装置62中，该卸料装置63通过管道16将现在完全煅烧的石膏运走。在所示实施方式中壳体60具有大约3米直径的筒状外形，其中输入装置62在上前壁中设置而卸料装置63在下前壁中到底部地设置。高度总计大约5米。在同样的筒状工作空间61的内部中在水平方向设置有多个液化底板66
该液化底板66基本上包括具有设置在其下用于输入液化气体的空腔的底板，液化气体可以通过液化底板66中的开口向上溢出，而且在此流过和液化平放在液化底板66上的待处理货物层。工作空间61的下端处设置另外液化底板66′，该液化底板66′额外地具有用于连接卸料装置63的通过折口(Durchbrechungen)。
在工作空间61的上部区域，分散组件(Dispersionselement)65倒向直接位于输入装置62的下部。分散组件65实施为锥体。其轴同轴于筒状的工作空间61的轴，其中尖端向上指向输入装置62。输入的石膏在其下降运动中落在锥体65的锥形的侧面上，并且由此由于转动对称构造同样在所有方向上向径向转移。
在筒状的工作空间61的轴中，在椎体65下面设计有由下向上走向的上升管67。上升管67如此设置，使得上升管67横穿两个液化底板66。上升管具有金属管套(Rohrmantel)，该管套具有60厘米的自由截面。上升管67的长度大概是3米，其中上升管的下端设置为超过工作空间61的底部大约50厘米。在壳体60的底部中，在轴上中并且在上升管67下面设计有中央喷嘴68，该喷嘴由混合器40输入通过潮湿气体接口69输入的混合气体。喷嘴68在上升管67中对准其气流，由此在那静态压力下降并且在工作空间形成循环运动。通过喷嘴68之间的自由空间且在上升管中流动的混合气体带走来自环境中的货物颗粒，由此带走的货物颗粒又重新输送到液化底板66上面的工作空间61内的上部区域中。以通过液化底板66在工作空间61的外部区域中向下运动的货物借助于上升管67以及输入到上升管的废气流再向上运输的方式，由此形成循环运动。通过该循环运动在利用混合气体湿度和通过输入装置62进入的货物的余热的条件下实现了有效的再煅烧。
在壳体60的底部中设置具有出口位置的卸料装置63。出口位置包括用于关闭或者开启出口位置的促动器64。促动器64与控制设备9连接。
代替于液化底板66也可以设计其他类型的液化装置。优选地，如上所述，使用废气用于液化，但是该液化装置也可以使用环境空气或者其它气体用于液化。
控制设备9包括温度控制模块93、湿度模块95和停留时间模块94。在反应容器6处设置有温度传感器90、湿度传感器91和雷达高度传感器92，这些传感器连接在控制设备9。控制设备9结合测量值并且影响混合器40。进一步地停留时间模块94调节潮湿气体或者液化空气的输入和用于货物卸料的促动器64。温度和湿度模块93，95为此如此构造，通过温度传感器90和湿度传感器91确定反应容器6中的温度和湿度。输入系统废气4用于提高温度而环境空气用于降低温度。如果在此应当提高湿度，来控制煅烧研磨机3的潮湿废气或者返回特别是冷却装置7的其它工艺级的干燥废气。由此实现，由煅烧研磨机3中出来的石膏在自身热量和输入的废气的使用下受控制地再煅烧。从煅烧研磨机3中仅是部分煅烧的石膏被再煅烧，也就是说完成二水合物转化为半水合物，并且存在的硬石膏(AIII)转化为半水合物。
控制设备9借助于雷达高度传感器92如此控制卸料装置63，调节反应容器6中的货物的液位和停留时间。
由此可以实现煅烧石膏的质量的比较节制和改善。首先由于因为在工作空间61中的实现停留的缓冲，通过调整短时间的波动获得比较节制。进一步地实现了不期望的可溶解的硬石膏成分以及二水合物的减少。另外的显著优点在于，在用于反应容器6中的煅烧工艺延续的粉碎或者煅烧级3之后，通过使用货物的材料热量减少了能源费用。最后另一个优点还在于，通过在工作空间61中的停留时间的控制以及如果需要的话通过控制水蒸气的输入的控制，可以调节水值和石膏值、凝固时间和剩余结晶水。
图3表示的是用于加速石膏块老化过程的设备。
该设备基本上对应于图1所示设备。同样的组件具有相同的附图标记而且如上结合图1所述具有相同的功能，因此不再另外阐述。
在冷却装置7和存储料仓19之间设置有再反应器6′。其结构基本上对应于反应容器6的结构。在货物通过管道18运走到存储料仓19之前，在进行煅烧和冷却之后货物通过管道17输入到再反应器6′用于产生老化。要说明的是，老化不是必须在设置在冷却装置7之后的再反应器6′中强制地发生，而是也可以在布置在冷却装置7之前的反应容器6中发生。相反地，在应用再反应器6′时可以不考虑反应容器6。
在煅烧工艺时产生的系统废气4，其优选具有超过150℃温度，通过管道42′输入到混合器40′。在此根据要求系统废气4通过环境空气管道41′与空气混合，用以由此降低温度。废气流入到脱水器44′中，在那可以适应其水含量。进一步地废气流入到混合室45′中。在那混合气体掺入有添加物，用以可以进一步改善石膏的产品质量。
废气然后到达再反应器6′中，废气在再反应器6′优选用作为液化气体和反应气体。但是也可以设计为，废气只是作为反应气体输入并且把其它的气体例如环境空气使用于液化。
Claims (17)
1.用于煅烧粉末状或者微小颗粒状石膏的方法，其包括
a)在煅烧研磨机(3)中煅烧石膏，以及
b)在反应容器(6)中再煅烧热石膏，
其特征在于，
煅烧作为快速煅烧进行，并且
在反应容器(6)中的再煅烧在输入优选热的潮湿气体下进行，其中此外不加热反应容器(6)，而且停留时间为快速煅烧时的停留时间的至少10倍，优选50到100倍。
2.根据权利要求1的所述方法，其特征在于，进行具有1到10秒停留时间的快速煅烧，进一步地优选为2到6秒。
3.根据权利要求1或者2的所述方法，其特征在于，石膏在反应容器(6)中的停留时间为10到30分钟，优选15到25分钟，进一步优选为20分钟。
4.根据权利要求1，2或者3的所述方法，其特征在于，潮湿气体或者系统废气输入到反应容器(6)的液化装置(66)。
5.根据权利要求1到4任一所述的方法，其特征在于，潮湿气体在输入到反应容器(6)之前，潮湿气体通过混合器(40)用环境空气(41)或者通过热交换器冷却。
6.根据权利要求5的所述方法，其特征在于，借助于混合器(40)可以调节输入到反应容器(6)的水含量。
7.根据权利要求1到6任一所述的方法，其特征在于，在煅烧之前干燥石膏。
8.根据上述权利要求任一所述的方法，其特征在于，反应容器(6)以石膏的精炼度运转，该精炼度为煅烧研磨机(3)中的精炼度的至少双倍高。
9.根据上述权利要求任一所述的方法，其特征在于，有目的地在反应容器(6)中加入加速反应或者减弱反应的附加物。
10.煅烧设备，其包括煅烧研磨机(3)、具有过滤设备(5)的运输管道(15)和工艺运行方向上位于其后面的额外的反应容器(6)，
其特征在于，
用于快速煅烧的煅烧研磨机(3)以短的停留时间被构造，而且在热惰性实施的反应容器(6)处设有供应潮湿气体(4)的接口，并且
设有控制设备(9)，该控制设备(9)为此构造为，如此调节气体输入，使得石膏在反应容器(6)中的停留时间为快速煅烧时的短的停留时间的至少10倍，优选50到100倍。
11.根据权利要求10的所述煅烧设备，其特征在于，控制设备构造为影响反应容器(6)的液化装置(66)的气体输入。
12.根据权利要求10或者11的上述煅烧设备，其特征在于，用于反应容器(6)的潮湿气体的接口(69)连接在过滤设备(5)处作为气源。
13.根据权利要求10、11或者12的煅烧设备，其特征在于，存在用于冷却输入到反应容器(6)的潮湿气体的混合器(40)和/或热交换器。
14.根据权利要求10到13任一所述的煅烧设备，其特征在于，设计有脱水器(44)用于调节输入的潮湿气体的水含量。
15.根据权利要求10到14任一所述的煅烧设备，其特征在于，控制设备(9)进一步构造为调节反应容器(6)中的温度、水含量和/或液位。
16.用于煅烧设备的升级反应器，具有用于至少部分煅烧的热石膏的输入装置(62)、反应空间(61)和用于完全煅烧石膏的卸料装置(63)，
其特征在于，
升级反应器实施为热惰性的，在升级反应器上设计有用于供应优选热的潮湿气体到反应空间(61)中的接口，并且
设计有控制设备(9)，为此控制设备(9)构造为，通过输入的潮湿气体量和/或卸料装置(63)的配给控制石膏在反应空间(61)中的停留时间。
17.根据权利要求16的升级反应器，其特征在于，升级反应器(6)根据权利要求12到15任一项进一步构造。
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