CN112781368A - 一种生产高岭土的自动化窑炉装备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高岭土生产设备技术领域，具体涉及一种生产高岭土的自动化窑炉装备。本发明提供了一种生产高岭土的自动化窑炉装备，其特征在于，包括物料输送物流系统、加热系统、余热回收利用系统；所述物料输送物流系统包括给料仓、输料管，所述加热系统设置在所述输料管外壁，所述余热回收系统连接所述输料管。本发明提供的一种生产高岭土的自动化窑炉装备采用全电能驱动和加热，无需排放任何毒害气体，节能环保，降低使用成本，降低企业负担，能够在保持环境卫生的同时创造更大的经济效益。

Description

一种生产高岭土的自动化窑炉装备
技术领域
本发明属于高岭土生产设备技术领域，具体涉及一种生产高岭土的自动化窑炉装备。
背景技术
粉碎过的高岭土矿物经过一次从常温至高温1000℃附近的完整热过程(俗称焙烧)，完成脱水、有机杂质分解氧化、显微结构重整、赋能活化等一系列物理化学过程，成为一种重要的化工原料—高岭土，广泛应用于水泥、耐火材料、建筑陶瓷及化学工业中。
传统的规模化生产焙烧装备有间歇式生产窑炉与连续生产窑炉两种，间歇式焙烧窑炉如果采用煤炭作为燃料，通常是将匣钵盛装的矿物料与制型煤炭块一起按设计要求间隔堆码在大型窑室内(犹如传统烧砖窑)，通过窑室内煤炭燃烧供热完成对矿物的焙烧；如果采用燃油或燃气作为燃料供热，通常是窑室内壁合理位置安装燃油烧咀或燃气烧咀，通过燃油或燃气的燃烧供热完成对矿物的焙烧。连续式焙烧窑炉，通常是将焙烧窑室建筑成一条狭长的隧道，隧道两侧根据焙烧工艺温度要求，设计安装疏密不一的燃油或燃气烧咀，隧道内形成梯度分布的温度场，隧道底部建设供盛装矿物料的匣钵在隧道内运行的轨道小车或托辊，盛装矿物料匣钵依次连续地从隧道入口运行至出口，梯次经过梯度分布的温度场完成焙烧，这种连续式焙烧窑炉行业内俗称隧道窑。
现有的技术及其技术载体——窑炉装备，存在的客观缺点是显而易见的，归纳起来就是：(1)采用矿物燃料能源。矿物燃料燃烧有很大排放(温室气体与尘埃以及粉煤灰渣排放)，如若不能处理好排放，则不符合国家环保法规，如若处理排放使之达标，则代价高昂，使得产品利润趋零，企业无法生存。(2)从业人员的工作环境恶劣。盛装矿物料的匣钵工作时均是敞口，装料与卸料时扬尘、散落时刻发生，从业人员即使有良好劳动防护产生“矽肺”职业病几率还是很高。工厂为燃烧系统设立的烟囱排放非常严重。日益为国家劳动法规与环保法规所不容。(3)能源利用率低下。体现在①矿物在高温时完成焙烧，需要将高温物料冷却至常温后包装出厂，余热因匣钵装料的这种非连续物流方式而不便收集利用；②一个个的匣钵本身每参与一次工作流程需吸取热量增高了能耗，而其冷却时余热还不便回收利用；③矿物燃料燃烧需连续补充助燃空气，燃烧产物如水气、二氧化碳、氮氧化物，这些气体自身需吸热才能再通过对流、传导或辐射方式将热量传递给产品，但是这种窑炉结构，使得气体在排放前还是具有很高的温度，即蕴含较多的热量，直接排放导致能量流失余热利用率低下。(4)自动化程度低下。匣钵盛装矿物料、产品从匣钵内倒出都需要操作工人完成，室式窑的匣钵装窑与卸窑均需人工完成。窑炉的工作操作如温度、压力等物理参数需要熟练工人进行实时监控与调整。所以人力成本太高。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种生产高岭土的自动化窑炉装备，包括物料输送物流系统、加热系统、余热回收利用系统；所述物料输送物流系统包括给料仓、输料管，所述加热系统设置在所述输料管外壁，所述余热回收系统连接所述输料管。
优选的，所述输料管既是物料输送的物流通道，又是矿物料的物理化学反应容器，还是窑炉的窑室。
作为一种优选的技术方案，所述输料管倾斜设置，所述输料管与水平方向的夹角为1～30度。所述输料管与水平方向的夹角依据矿物颗粒粉体在所述输料管内的安息角设置。
作为一种优选的技术方案，所述输料管包括进料口、螺旋进料机、螺旋出料机、出料口；所述进料口设置在所述输料管较高一端，所述螺旋进料机和所述螺旋出料机设置在所述输料管内部，所述出料口设置在所述输料管较低一端。
作为一种优选的技术方案，所述给料仓连接所述进料口。
作为一种优选的技术方案，所述加热系统包括圆筒形加热器，所述圆筒形加热器采用模块化结构设计。优选的，所述圆筒形加热器设计成哈呋(HALF)形状。
作为一种优选的技术方案，所述余热回收系统包括废气冷凝换热器、第一余热换热器、第二余热换热器。
作为一种优选的技术方案，所述废气冷凝换热器所述输料管顶端，所述第一余热换热器设置在所述输料管尾部，所述第二余热换热器设置在所述第一余热换热器下方。
作为一种优选的技术方案，所述第一余热换热器内部设置有冷凝油管。
作为一种优选的技术方案，所述第一余热换热器和第二余热换热器之间设置有开关阀。优选的，所述开关阀为插板阀。
作为一种优选的技术方案，还包括自动控制系统，所述控制系统包括中央处理器、数字温控仪表、功率调整器和变频调速电机；所述中央处理器调节控制所述数字温控仪表、功率调整器和变频调速电机。
有益效果：
(1)本发明提供的一种生产高岭土的自动化窑炉装备采用全电能驱动和加热，无需排放任何毒害气体，节能环保，降低使用成本，降低企业负担，能够在保持环境卫生的同时创造更大的经济效益。
(2)使用本发明时，生产过程的全流程均在封闭环境中进行，不会造成任何粉尘排放到工作环境中，不会对从业人员的身体造成损害。
(3)通过设置余热回收系统，重复利用加热需要的热量和矿体颗粒粉体自身的热量，同时对生产过程中产生的副产品和废气进行回收利用，最大程度地节约资源。
(4)实现完全的自动化控制，分区域温度均采用人工智能数字温控仪表进行连续PID自动调节与控制，采用可控硅与功率调整器作为精准的执行器件实现稳定又精准的温度控制目标，降低过程波动引起的额外能耗。螺旋推进器均采用变频调速电机，其控制与温度控制实现联合自洽控制。实现整个热工过程的智能化。
附图说明
图1是本发明提供的一种生产高岭土的自动化窑炉装备的主视结构示意图；
图2是左视结构示意图；
其中，1-给料仓、2-输料管、3-进料口、4-螺旋进料机、5-螺旋出料机、6-出料口、7-圆筒形加热器、8-废气冷凝换热器、9-第一余热换热器、10-第二余热换热器、11-冷凝油管、12-开关阀。
具体实施方式
结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。
当描述本申请的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
本发明提供了一种生产高岭土的自动化窑炉装备，包括物料输送物流系统、加热系统、余热回收利用系统；所述物料输送物流系统包括给料仓、输料管，所述加热系统设置在所述输料管外壁，所述余热回收系统连接所述输料管。
优选的，所述输料管既是物料输送的物流通道，又是矿物料的物理化学反应容器，还是窑炉的窑室。
在一些优选的实施方式中，所述输料管倾斜设置，所述输料管与水平方向的夹角为1～30度。所述输料管与水平方向的夹角依据矿物颗粒粉体在所述输料管内的安息角设置。
所述输料管倾斜设置的意图一是充分利用矿物颗粒粉体自身的流动性(安息角指标)节省推进器动力即节约能源，二是增强矿物颗粒粉体热过程产气往输料管高端方向对流的动力，这股具有较高温度的气流经过矿物颗粒粉体层逸出输料管之前，将绝大部分热量均匀传给粉体，给粉体均匀供热，余热回收效率显著。
在一些优选的实施方式中，所述输料管包括进料口、螺旋进料机、螺旋出料机、出料口；所述进料口设置在所述输料管较高一端，所述螺旋进料机和所述螺旋出料机设置在所述输料管内部，所述出料口设置在所述输料管较低一端。
矿物颗粒粉体从所述给料仓通过所述进料口流入所述输料管，经高端安装的螺旋进料机推送往低端流动，经低端安装的螺旋出料机牵拉继续往低端流动，流至出料口时便流出输料管进入余热回收利用换热器接料仓。在高端进料口至低端出料口的钢管管程中，根据矿物料焙烧过程各种分解反应完成的温度对应的区域范围在钢管正上方开具气体排气口并焊接引流管，便于引流管外接气体收集器与余热回收利用换热器。
螺旋叶片式物料推进方式，使得物料是在被不断翻抄与搅拌着往前移送的，这种运动状态大大提高其均匀受热效率。
在一些优选的实施方式中，所述给料仓连接所述进料口。
在一些优选的实施方式中，所述加热系统包括圆筒形加热器，所述圆筒形加热器采用模块化结构设计。优选的，所述圆筒形加热器设计成哈呋(HALF)形状。便于安装，也便于工厂化制造。其电阻丝加热元件采用高温结构陶瓷件进行支撑。加热元件背衬陶瓷纤维耐火材料与保温材料绝热，提高其加热的热效率。
在一些优选的实施方式中，所述余热回收系统包括废气冷凝换热器、第一余热换热器、第二余热换热器。
在一些优选的实施方式中，所述废气冷凝换热器所述输料管顶端，所述第一余热换热器设置在所述输料管尾部，所述第二余热换热器设置在所述第一余热换热器下方。
焙烧过程产气(副产物)从窑管管程排气口排放对接水介质热交换器，将产气的热容量交换出来用于原矿物储料仓出口预热原料。产气由高温气体状态变为低温气体状态或油腻性流质状态，气体则通过吸附处理排放，流质(成份复杂的有机成份)则通过收集后集中处理(通常可作为燃料使用)。
在一些优选的实施方式中，所述第一余热换热器内部设置有冷凝油管。产成品连续高温状态出窑方式，高温粉体自身蕴含丰富的热量，出料口对接高温导热油作为换热介质的热交换器，高温产品的热容量交换出来用于原矿物物料的水份蒸发与预热
在一些优选的实施方式中，所述第一余热换热器和第二余热换热器之间设置有开关阀。优选的，所述开关阀为插板阀。
在一些优选的实施方式中，还包括自动控制系统，所述控制系统包括中央处理器、数字温控仪表、功率调整器和变频调速电机；所述中央处理器调节控制所述数字温控仪表、功率调整器和变频调速电机。本窑炉窑管管程的分区域温度需根据矿物物料的工艺进程要求实行差别化控制，所以所有的分区域温度均采用人工智能数字温控仪表进行连续PID自动调节与控制，采用可控硅与功率调整器作为精准的执行器件实现稳定又精准的温度控制目标，降低过程波动引起的额外能耗。螺旋推进器均采用变频调速电机，其控制与温度控制实现联合自洽控制。实现整个热工过程的智能化。
实施例
以下通过实施例对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1
一种生产高岭土的自动化窑炉装备，包括物料输送物流系统、加热系统、余热回收利用系统；所述物料输送物流系统包括给料仓1、输料管2，所述加热系统设置在所述输料管2外壁，所述余热回收系统连接所述输料管2。所述输料管2倾斜设置，所述输料管2与水平方向的夹角为7度。所述输料管包括进料口3、螺旋进料机4、螺旋出料机5、出料口6；所述进料口3设置在所述输料管2较高一端，所述螺旋进料机4和所述螺旋出料机5设置在所述输料管2内部，所述出料口6设置在所述输料管2较低一端。所述给料仓1连接所述进料口3。所述加热系统包括圆筒形加热器7，所述圆筒形加热器7采用模块化结构设计。所述余热回收系统包括废气冷凝换热器8、第一余热换热器9、第二余热换热器10。所述废气冷凝换热器所述输料管2顶端，所述第一余热换热器9设置在所述输料管2尾部，所述第二余热换热器10设置在所述第一余热换热器9下方。所述第一余热换热器9内部设置有冷凝油管11。所述第一余热换热器9和第二余热换热器10之间设置有插板阀12。还包括自动控制系统，所述控制系统包括中央处理器、数字温控仪表、功率调整器和变频调速电机；所述中央处理器调节控制所述数字温控仪表、功率调整器和变频调速电机。
实施例2
一种生产高岭土的自动化窑炉装备，包括物料输送物流系统、加热系统、余热回收利用系统；所述物料输送物流系统包括给料仓1、输料管2，所述加热系统设置在所述输料管2外壁，所述余热回收系统连接所述输料管2。所述输料管2倾斜设置，所述输料管2与水平方向的夹角为7度。所述输料管包括进料口3、螺旋进料机4、螺旋出料机5、出料口6；所述进料口3设置在所述输料管2较高一端，所述螺旋进料机4和所述螺旋出料机5设置在所述输料管2内部，所述出料口6设置在所述输料管2较低一端。所述给料仓1连接所述进料口3。所述加热系统包括圆筒形加热器7，所述圆筒形加热器7采用模块化结构设计。所述余热回收系统包括废气冷凝换热器8、第一余热换热器9、第二余热换热器10。所述废气冷凝换热器所述输料管2顶端，所述第一余热换热器9设置在所述输料管2尾部，所述第二余热换热器10设置在所述第一余热换热器9下方。所述第一余热换热器9内部设置有冷凝油管11。所述第一余热换热器9和第二余热换热器10之间设置有插板阀12。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种生产高岭土的自动化窑炉装备，其特征在于，包括物料输送物流系统、加热系统、余热回收利用系统；所述物料输送物流系统包括给料仓(1)、输料管(2)，所述加热系统设置在所述输料管(2)外壁，所述余热回收系统连接所述输料管(2)。
2.根据权利要求1所述的一种生产高岭土的自动化窑炉装备，其特征在于，所述输料管(2)倾斜设置，所述输料管(2)与水平方向的夹角为1～30度。
3.根据权利要求1或2所述的一种生产高岭土的自动化窑炉装备，其特征在于，所述输料管包括进料口(3)、螺旋进料机(4)、螺旋出料机(5)、出料口(6)；所述进料口(3)设置在所述输料管(2)较高一端，所述螺旋进料机(4)和所述螺旋出料机(5)设置在所述输料管(2)内部，所述出料口(6)设置在所述输料管(2)较低一端。
4.根据权利要求3所述的一种生产高岭土的自动化窑炉装备，其特征在于，所述给料仓(1)连接所述进料口(3)。
5.根据权利要求1所述的一种生产高岭土的自动化窑炉装备，其特征在于，所述加热系统包括圆筒形加热器(7)，所述圆筒形加热器(7)采用模块化结构设计。
6.根据权利要求1所述的一种生产高岭土的自动化窑炉装备，其特征在于，所述余热回收系统包括废气冷凝换热器(8)、第一余热换热器(9)、第二余热换热器(10)。
7.根据权利要求1或6所述的一种生产高岭土的自动化窑炉装备，其特征在于，所述废气冷凝换热器设置在所述输料管(2)顶端，所述第一余热换热器(9)设置在所述输料管(2)尾部，所述第二余热换热器(10)设置在所述第一余热换热器(9)下方。
8.根据权利要求7所述的一种生产高岭土的自动化窑炉装备，其特征在于，所述第一余热换热器(9)内部设置有冷凝油管(11)。
9.根据权利要求7所述的一种生产高岭土的自动化窑炉装备，其特征在于，所述第一余热换热器(9)和第二余热换热器(10)之间设置有开关阀(12)。
10.根据权利要求1所述的一种生产高岭土的自动化窑炉装备，其特征在于，还包括自动控制系统，所述控制系统包括中央处理器、数字温控仪表、功率调整器和变频调速电机；所述中央处理器调节控制所述数字温控仪表、功率调整器和变频调速电机。
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