CN111495281B - 煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化装置及方法，包括密封仓、底部支架、微波加热装置、非金属炉体、固定架、出料口、进料口、逆止阀、改性剂喷头、物料床层、测温热电偶、分布板、煅烧室、空气室、进风管，脉动电磁蝶阀，第一电磁碟阀、预热加料箱、电磁加热器、第二电磁碟阀、旋流气固分离器、冷却装置；通过脉动电磁蝶阀产生的脉动气流促使床层物料呈流化状态，采用微波加热装置的分阶段加热方式，使流化物料依次完成煅烧、表面改性工艺流程，最终通过第一电磁碟阀产生匀直气流，促使改性后物料由流化状态转为扬析状态，经出料口进入旋流气固分离器中进行分离出成品。本发明装置简单、操作方便、可用于煤系高岭土的煅烧及表面改性。
Description
技术领域
本发明涉及煤系高岭土的资源化加工利用技术领域，特别是一种煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化装置。
背景技术
煤系高岭土是一种宝贵的自然资源和重要的非金属矿产，经开采深加工后，具有较高的利用价值，可广泛应用于造纸、橡胶、油漆、化工、建材、冶金、陶瓷、玻璃、电瓷、石油等行业。目前，煅烧脱碳及表面改性是煤系高岭土深加工的主要途径，但长期以来两种工艺相互独立，即使采用联合工艺，其相关设备也是独立布置，仅采用运输管道进行串联，造成设备布置臃肿，结构复杂，操作时间较长等问题。
发明内容
本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种装置简单，操作方便，可用于煤系高岭土的煅烧、表面改性一体化装置及方法。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化装置，包括密封仓，密封仓的底部支架，所述环绕在密封仓内壁设有一圈微波加热装置，密封仓内设有非金属炉体，所述非金属炉体顶端通过固定架固定在密封仓中心；所述非金属炉体内设有气体分布板将非金属炉体内部由上至下分割为煅烧室和空气室，贯穿非金属炉体的侧壁设有热电偶；所述非金属炉体底部设有与空气室连通的第一进风管和第二进风管，第一进风管内设有脉动电磁蝶阀，第二进风管内设有第一电磁碟阀；第一进风管和第二进风管通过三通连接到风机的出风口；非金属炉体上部的侧壁设有进料口，进料口连接有贯穿密封仓一侧壁的进料管；非金属炉体顶端设有出料口，所述出料口连接有贯穿密封仓顶部的出料管，出料管的端部连接到旋流气固分离器的入料口，所述出料管上设有冷却装置；所述煅烧室内固定有改性剂喷头，所述改性剂喷头顶端连接有贯穿非金属炉体和密封仓顶部的改性剂输送管道，改性剂输送管道连接到改性剂。
作为本发明的进一步优化方案，还包括预热加料箱，所述预热加料箱内设电磁加热器，预热加料箱底部与进料管端部连通，所述进料管端部内设有第二电磁碟阀。
作为本发明的进一步优化方案，所述第一进风管内的脉动电磁蝶阀及第二进风管内的第一电磁蝶阀用于调节向空气室内的气流状态及风速，包括两个阶段：第一阶段独立采用脉动电磁蝶阀形成脉动气流，调节进气风速为1-5m/s，脉冲频率为20~25HZ，脉冲幅度为2mm；第二阶段独立采用第一电磁蝶阀（18b）形成匀直气流，调节进气风速为10-15m/s。
作为本发明的进一步优化方案，所述密封仓内腔的微波加热装置用于对进入非金属炉体内部的煤系高岭土进行加热，包括两个阶段：第一阶段加热温度为800-900℃；第二阶段加热温度为70-80℃。
作为本发明的进一步优化方案，所述气体分布板上均匀布有开孔率为10%~20%的圆孔。
作为本发明的进一步优化方案，所述密封仓呈圆柱状，直径为1500mm，高为2000mm。
作为本发明的进一步优化方案，所述非金属炉体下部呈圆柱状，直径为1000mm，高为1500mm；上部为锥形，锥角为120°。
作为本发明的进一步优化方案，所述预热加料箱内部的电磁加热器用于对进入预热加料箱中的煤系高岭土进行预先加热，加热温度维持在100-200℃。
作为本发明的进一步优化方案，所述进料口内设有逆止阀。
另外，本发明还提供了一种煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化方法，使用上述煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化装置进行煤系高岭土的煅烧及表面改性，具体步骤如下：
步骤一、开启微波加热装置对非金属炉体内部进行预热，同时向预热加料箱内加入物料，开启电磁加热器使物料进入预热状态；当非金属炉体内部的测温热电偶测定温度为800℃，开启第二电磁蝶阀使预热物料进入至非金属炉体中形成物料床层；同时通过调节脉动电磁蝶阀使第一进风管的气流速度调至1-5m/s范围内，脉冲频率为20~25HZ，脉冲幅度为2mm，并通过气体布风板在非金属炉体内成上升脉动气流，促使物料床层呈流化分散状态。
步骤二、通过调节微波加热装置使非金属炉体内部物料床层的温度维持在800-900℃范围内15分钟，从而完成物料的煅烧阶段。
步骤三、当物料完成煅烧后，通过调节微波加热装置使非金属炉体内部物料床层的温度逐渐降低为70-80℃范围内，同时保持脉动气流不变，开启改性剂喷头，对煅烧后的物料进行流态化表面改性，改性时间维持30分钟。
步骤四、当物料完成改性后，关闭微波加热装置使非金属炉体内部物料床层的温度逐渐降低为常温状态，此时关闭脉动电磁蝶阀，通过调节第一电磁碟阀使第二进风管的气流速度调至10-15m/s范围内，并通过气体布风板在非金属炉体内成上升匀直气流，促使物料床层呈扬析状态，上升至非金属炉体顶部，经排料口及冷却装置进入旋流气固分离器，此时改性后的物料将经旋流气固分离器的底流口成为成品排出，从而完成整个煅烧、表面改性一体化过程。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）本装置首次采用煤系高岭土煅烧及表面改性一体化设计，简化了相关流程，装置简单，操作方便，为煤系高岭土的资源化加工利用提供了一种新的途径。
2）本装置采用脉动气流促使物料床层流化，有效提高了物料的分散及碰撞效率，其脉动气流的振动效应避免了物料在煅烧及表面改性过程中出现的聚团现象，有利于物料煅烧及表面改性过程的顺利进行。
3）本装置所形成的物料流态化有利于煅烧过程中物料的传热效率，与传统煅烧工艺相比，其煅烧时间缩短一倍以上；同时在改性过程中可提高物料与改性药剂的接触率，改性效率得以进一步提高。
4）本装置采用微波加热装置，促使物体吸收微波能将其转换成热能，进而实现物料自身整体升温的目的；采用此方式有利于物料煅烧、表面改性过程中床层温度的快速调节，解决了传统加热方式中热源和加热对象之间热能量传递时的损耗问题，避免传统加热方式带来的不安全因素。
5）本方法中物料的煅烧、表面改性一体化过程与排料运输过程采用分阶段进行的方式，通过关闭脉动电磁蝶阀，调节第一电磁碟阀促使物料的状态发生变化，由煅烧、表面改性一体化时的流化分散状态改变为排料运输时的扬析状态，简化了相关排料装置及流程，更利于物料运输过程的顺利进行。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图中：1、旋流气固分离器；2、旋流气固分离器溢流口；3、旋流气固分离器的底流口；4、冷却装置；5、出料口；6、电磁加热器；7、预热加料箱；7a、第二电磁碟阀；8、改性剂喷头；9、固定架；10、密封仓；11、微波加热装置；12、非金属炉体；13、进料口；13a、逆止阀；13b、进料管；14、物料床层；15、气体分布板；16、测温热电偶；17、空气室；18、三通；18a、脉动电磁蝶阀；18b、第一电磁碟阀；19、底部支架；20、第一进风管；21、第二进风管；22、煅烧室；23、出料管；24、改性剂输送管道。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
如图1所示、图2所示，本实施例的一种煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化装置，包括密封仓10，该密封仓10呈圆柱状，直径为1500mm，高为2000mm；为了便于安装，在密封仓10的安装有底部支架19，所述环绕在密封仓10内壁设有一圈微波加热装置11，密封仓10内腔的微波加热装置11用于对进入非金属炉体12内部的煤系高岭土进行加热，包括两个阶段：第一阶段加热温度为800-900℃；第二阶段加热温度为70-80℃；密封仓10内设有非金属炉体12，该非金属炉体12下部呈圆柱状，直径为1000mm，高为1500mm；上部为锥形，锥角为120°，本实施例中的非金属炉体12可以采用陶瓷制成；所述非金属炉体12顶端通过固定架9固定在密封仓10中心，从图1中可以看出非金属炉体12与密封仓10之间有形成了空腔以便为微波加热装置11提供微波加热腔室；所述非金属炉体12内设有气体分布板15将非金属炉体12内部由上至下分割为煅烧室22和空气室17，该气体分布板15上均匀布有开孔率为10%~20%的圆孔（图中未画出）以便于将进入空气室17中的通过圆孔进入煅烧室内将进入煅烧室22内的煤系高岭土吹起呈流化状态；贯穿非金属炉体12的侧壁设有用于实时测定非金属炉体12内的温度的热电偶16；所述非金属炉体12底部设有与空气室17连通的第一进风管20和第二进风管21，第一进风管20内设有脉动电磁蝶阀18a，第二进风管21内设有第一电磁碟阀18b；第一进风管20和第二进风管21通过三通18连接到风机（图中未画出）的出风口，第一进风管20内的脉动电磁蝶阀18a及第二进风管21内的第一电磁蝶阀18b用于调节向空气室17内的气流状态及风速，包括两个阶段：第一阶段独立采用脉动电磁蝶阀18a形成脉动气流，调节进气风速为1-5m/s，脉冲频率为20~25HZ，脉冲幅度为2mm；第二阶段独立采用第一电磁蝶阀18b形成匀直气流，调节进气风速为10-15m/s；非金属炉体12上部的侧壁设有进料口13，进料口13连接有贯穿密封仓10一侧壁的进料管13b；非金属炉体12顶端设有出料口5，所述出料口5连接有贯穿密封仓10顶部的出料管23，出料管23的端部连接到旋流气固分离器1的入料口，所述出料管23上设有冷却装置4，本实施例的冷却装置4可以为换热器或其他冷却系统其目的是为了降低出料管23内的出料的温度；所述煅烧室22内固定有改性剂喷头8，所述改性剂喷头8顶端连接有贯穿非金属炉体12和密封仓10顶部的改性剂输送管道24，改性剂输送管道24连接到改性剂。
在一些实施例中，如图1所示，本实施例的一种煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化装置还包括预热加料箱7，所述预热加料箱7内设电磁加热器6，预热加料箱7底部与进料管13b端部连通，所述进料管13b端部内设有第二电磁碟阀7a。预热加料箱7内部的电磁加热器6用于对进入预热加料箱7中的煤系高岭土进行预先加热，加热温度维持在100-200℃。如此，可以对进入煅烧室22之前的煤系高岭土进行预热，使煤系高岭土进入煅烧室内后具有一定的温度，能够提高煅烧效率，从而缩短煅烧时间。
本实施例的一种煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化装置，集合物料煅烧及表面改性功能。在物料煅烧阶段，煤系高岭土预热加料箱7预热后进入非金属炉体12内后形成物料床层14，在脉动电磁蝶阀18a形成的脉动气流作用下呈流化状态，处于流化状态的物料床层14在微波加热装置11的作用下加热至800-900℃，以实现煤系高岭土的煅烧；煤系高岭土完成煅烧后，调节微波加热装置11使物料床层温度降至70-80℃，此时开启改性剂喷头8，进入煤系高岭土表面改性阶段；煤系高岭土完成表面改性后，关闭微波加热装置11及脉动电磁蝶阀18a，开启第一电磁蝶阀18b形成匀直气流，促使煅烧、改性后煤系高岭土的由流化状态转为扬析状态，经一段时间降温后由非金属炉体12顶部出料口5进入旋流气固分离器1进行排料。
在实际使用过程中，为了防止煤系高岭土在非金属炉体12内煅烧及表面改性过程从进料口13溢出，所述进料口13内设有逆止阀13a，逆止阀13a可以直接在市面上购买了安装使用，其具体的安装结构为本领域的常识，因此，本实施例不再赘述。
需要说明的是，本实施例中的第一电磁碟阀18b、第二电磁碟阀7a、脉动电磁蝶阀18a可以直接在市面上购买来安装使用，其具体的安装结构为本领域的常识，因此，本实施例不再赘述。另外，本实施例中的第一电磁碟阀18b、第二电磁碟阀7a、脉动电磁蝶阀18a可以采用单独的控制器来进行控制，其控制调节方法为本领域的常规操作本实施例不再赘述。
使用本实施例的煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化装置可进行煤系高岭土的煅烧及表面改性一体化，具体步骤如下：
步骤一、开启微波加热装置11对非金属炉体12内部进行预热，同时向预热加料箱7内加入煤系高岭土，开启电磁加热器6使煤系高岭土进入预热状态；当非金属炉体12内部的测温热电偶16测定温度为800℃，开启第二电磁蝶阀7a使预热煤系高岭土进入至非金属炉体12中形成物料床层14；同时通过调节脉动电磁蝶阀18a使第一进风管20的气流速度调至1-5m/s范围内，脉冲频率为20~25HZ，脉冲幅度为2mm，并通过气体布风板15在非金属炉体12内成上升脉动气流，促使物料床层14呈流化分散状态。
步骤二、通过调节微波加热装置11使非金属炉体12内部物料床层14的温度维持在800-900℃范围内15分钟，从而完成煤系高岭土的煅烧阶段。
步骤三、当煤系高岭土完成煅烧后，通过调节微波加热装置11使非金属炉体12内部物料床层14的温度逐渐降低为70-80℃范围内，同时保持脉动气流不变，开启改性剂喷头8，对煅烧后的煤系高岭土进行流态化表面改性，改性时间维持30分钟。
步骤四、当物料完成改性后，关闭微波加热装置11使非金属炉体12内部物料床层14的温度逐渐降低为常温状态，此时关闭脉动电磁蝶阀18a，通过调节第一电磁碟阀18b使第二进风管21的气流速度调至10-15m/s范围内，并通过气体布风板15在非金属炉体12内成上升匀直气流，促使物料床层14呈扬析状态，上升至非金属炉体12顶部，经排料口5及冷却装置4进入旋流气固分离器1，此时改性后的物料将经旋流气固分离器1的底流口3成为成品排出，从而完成整个煅烧、表面改性一体化过程。
综述，本发明采用微波加热结合脉动气流流化的方式实现了煤系高岭土的煅烧及表面改性一体化，摒弃了传统加热方式的加热不均、能耗过大等弊端，符合了现代化工艺及设备的节能趋势；同时通过脉动气流的振动效应避免了物料在煅烧及表面改性过程中的团聚行为，有效提高了物料的传热效率及后续与改性剂的接触率，缩短了物料煅烧及表面改性时间。此外采用气流输送排料方式减少了相关排料装置的设计及安装，有利于装置结构的简单化，更适合于大型化设计及布置，能很好地满足现代化生活及工业生产的需要。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化方法，其特征在于，使用煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化装置进行煤系高岭土的煅烧及表面改性，所述煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化装置包括密封仓（10），密封仓（10）的底部支架（19），环绕在密封仓（10）内壁设有一圈微波加热装置（11），密封仓（10）内设有非金属炉体（12），所述非金属炉体（12）顶端通过固定架（9）固定在密封仓（10）中心；所述非金属炉体（12）内设有气体分布板（15）将非金属炉体（12）内部由上至下分割为煅烧室（22）和空气室（17），贯穿非金属炉体（12）的侧壁设有热电偶（16）；所述非金属炉体（12）底部设有与空气室（17）连通的第一进风管（20）和第二进风管（21），第一进风管（20）内设有脉动电磁蝶阀（18a），第二进风管（21）内设有第一电磁碟阀（18b）；第一进风管（20）和第二进风管（21）通过三通（18）连接到风机的出风口；非金属炉体（12）上部的侧壁设有进料口（13），进料口（13）连接有贯穿密封仓（10）一侧壁的进料管（13b）；非金属炉体（12）顶端设有出料口（5），所述出料口（5）连接有贯穿密封仓（10）顶部的出料管（23），出料管（23）的端部连接到旋流气固分离器（1）的入料口，所述出料管（23）上设有冷却装置（4）；所述煅烧室（22）内固定有改性剂喷头（8），所述改性剂喷头（8）顶端连接有贯穿非金属炉体（12）和密封仓（10）顶部的改性剂输送管道（24），改性剂输送管道连接到改性剂；所述煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化方法的具体步骤如下：
步骤一、开启微波加热装置（11）对非金属炉体（12）内部进行预热，同时向预热加料箱（7）内加入物料，开启电磁加热器（6）使物料进入预热状态；当非金属炉体（12）内部的测温热电偶（16）测定温度为800℃，开启第二电磁蝶阀（7a）使预热物料进入至非金属炉体中形成物料床层（14）；同时通过调节脉动电磁蝶阀（18a）使第一进风管（20）的气流速度调至1-5m/s范围内，脉冲频率为20~25Hz ，脉冲幅度为2mm，并通过气体布风板（15）在非金属炉体（12）内成上升脉动气流，促使物料床层(14)呈流化分散状态；
步骤二、通过调节微波加热装置（11）使非金属炉体（12）内部物料床层（14）的温度维持在800-900℃范围内15分钟，从而完成物料的煅烧阶段；
步骤三、当物料完成煅烧后，通过调节微波加热装置（11）使非金属炉体（12）内部物料床层（14）的温度逐渐降低为70-80℃范围内，同时保持脉动气流不变，开启改性剂喷头（8），对煅烧后的物料进行流态化表面改性，改性时间维持30分钟；
步骤四、当物料完成改性后，关闭微波加热装置（11）使非金属炉体（12）内部物料床层（14）的温度逐渐降低为常温状态，此时关闭脉动电磁蝶阀（18a），通过调节第一电磁碟阀（18b）使第二进风管（21）的气流速度调至10-15m/s范围内，并通过气体布风板（15）在非金属炉体（12）内成上升匀直气流，促使物料床层(14)呈扬析状态，上升至非金属炉体（12）顶部，经排料口（5）及冷却装置（4）进入旋流气固分离器（1），此时改性后的物料将经旋流气固分离器（1）的底流口（3）成为成品排出，从而完成整个煅烧、表面改性一体化过程。
2.根据权利要求1所述的煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化方法，其特征在于：还包括预热加料箱（7），所述预热加料箱（7）内设电磁加热器（6），预热加料箱（7）底部与进料管（13b）端部连通，所述进料管（13b）端部内设有第二电磁碟阀（7a）。
3.根据权利要求1所述的煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化方法，其特征在于：所述第一进风管（20）内的脉动电磁蝶阀（18a）及第二进风管（21）内的第一电磁蝶阀（18b）用于调节向空气室（17）内的气流状态及风速，包括两个阶段：第一阶段独立采用脉动电磁蝶阀（18a）形成脉动气流，调节进气风速为1-5m/s，脉冲频率为20~25Hz ，脉冲幅度为2mm；第二阶段独立采用第一电磁蝶阀（18b）形成匀直气流，调节进气风速为10-15m/s。
4.根据权利要求1所述的煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化方法，其特征在于：所述密封仓（10）内腔的微波加热装置（11）用于对进入非金属炉体（12）内部的煤系高岭土进行加热，包括两个阶段：第一阶段加热温度为800-900℃；第二阶段加热温度为70-80℃。
5.根据权利要求1所述的煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化方法，其特征在于：所述气体分布板（15）上均匀布有开孔率为10%~20%的圆孔。
6.根据权利要求1所述的煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化方法，其特征在于：所述密封仓（10）呈圆柱状，直径为1500mm，高为2000mm。
7.根据权利要求6所述的煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化方法，其特征在于：所述非金属炉体（12）下部呈圆柱状，直径为1000mm，高为1500mm；上部为锥形，锥角为120°。
8.根据权利要求2所述的煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化方法，其特征在于：所述预热加料箱（7）内部的电磁加热器（6）用于对进入预热加料箱（7）中的煤系高岭土进行预先加热，加热温度维持在100-200℃。
9.根据权利要求1所述的煤系高岭土脉动流态化煅烧、表面改性一体化方法，其特征在于：所述进料口（13）内设有逆止阀（13a）。
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