CN117753306A - 一种润湿塔、免烘干造粒系统及其在陶瓷干法造粒中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种润湿塔、免烘干造粒系统及其应用。该润湿塔包括旋风下料装置、润湿单元和/或紊流喷吹装置；旋风下料装置设置在润湿塔顶部，旋风下料装置包括外蜗壳结构、内蜗壳结构、以及内部沿蜗壳曲线均布的导料叶片，一部分物料在离心力作用下沿蜗壳曲线呈螺旋式下降，另一部分物料则通过导料叶片的间隙完成内下料，形成弥散下料区域；润湿单元包括设置在润湿塔顶部、延伸至润湿塔中部的若干雾化喷枪，雾化喷枪的分布为：中心设置一个、圆周方向均匀分布至少4个；以使水雾均匀散开，水和物料充分交换；紊流喷吹装置设置在润湿塔中下部，具有环形进风管，沿环形进风管圆周方向布置多点喷吹风管，以形成紊流喷吹成核区域。本发明系统省去了粉料烘干生产环节，不再需要天然气烘干，同时，简化了工艺流程，也节约了投资成本。
Description
技术领域
本发明属于建筑卫生陶瓷生产技术领域，涉及一种润湿塔、免烘干造粒系统及其在陶瓷干法造粒中的应用，尤其涉及一种应用于陶瓷干法制备的润湿塔和免烘干造粒系统。
背景技术
传统的陶瓷砖造粒工艺为湿法造粒工艺，其流程由原料制浆和喷雾干燥造粒组成，具体来说是湿法球磨将按比例配料的陶瓷原料粉磨至要求细度的料浆后，经喷雾干燥造粒后，进入下一阶段的压机制坯环节。
其中，造粒工序主要是在喷雾干燥塔中进行，陶瓷主料经湿法球磨研磨后形成含水量约为30％-40％的陶瓷浆料，并由喷枪喷入喷雾干燥塔内部，同时，在喷雾干燥塔内部通有约700℃-900℃的热风，使浆料被烘干成含水量约7-8％的陶瓷粉料颗粒。
传统湿法造粒工艺存在以下缺陷：
1、能耗大。湿法制粉由于其工艺流程的局限，制粉环节要先进行湿法粉磨形成料浆，再进行烘干，这样会消耗大量的燃料(煤或天然气)和水，电耗也会随之上升。湿法制粉工艺中每吨干粉制备需消耗～85kg煤炭(或～40kg天然气)和～530kg水。
2、排放问题。湿法制粉工艺需要大量天然气，随之而来的是二氧化碳排放量巨大，以及天然气成本增高，如果热源是采用燃煤的方式，还会存在排出大量的SOx、NOx、粉尘等污染质。
现有陶瓷干法造粒工艺技术流程为立磨对配比好后的原料进行粉磨，磨至要求细度后(水分约2％)，对原料粉末进行喷雾过湿，过湿后的料粒落入下方造粒盘中，进行滚圆，形成初始料粒，料粒随后进入流化床烘干设备中进行烘干处理，使其水分由初始料粒的～12％降至～7％，此时的料粒即为成品料粒，随后料粒被输送至压机进行砖坯压制。
由于干法工艺相较于传统湿法工艺，在粉磨环节不需要用大量的水，造粒环节雾化喷水量也非常少，极大降低了后期烘干所需燃料量，在节能降耗方面有着巨大的能源优势。
但目前现有的陶瓷干法造粒工艺因正处在研发推广阶段，随着生产实践的推进，工艺理论的研究和总结，更高标准的提出，也发现之前的陶瓷干法造粒工艺还存在以下缺陷：雾化喷水不均匀、原料粉末喷撒区域不均匀、成品料粒滚圆效果较差，以及因要解决粉料干、湿差别大的问题必须要设置烘干环节。
如何改进造粒系统以解决上述技术问题，是本领域技术人员急需完成的。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种润湿塔和造粒系统。
本发明提供的润湿塔，其包括旋风下料装置、润湿单元和/或紊流喷吹装置；
所述旋风下料装置设置在润湿塔顶部，所述旋风下料装置包括外蜗壳结构、内蜗壳结构、以及内部沿蜗壳曲线均布的导料叶片，一部分物料在离心力作用下沿蜗壳曲线呈螺旋式下降，另一部分物料则通过导料叶片的间隙完成内下料，形成弥散下料区域；
所述润湿单元包括设置在润湿塔顶部、延伸至润湿塔中部的若干雾化喷枪，所述雾化喷枪的分布为：中心设置一个、圆周方向均匀分布至少4个；以使水雾均匀散开，水和物料充分交换；所述紊流喷吹装置设置在润湿塔中下部，具有环形进风管，沿所述环形进风管圆周方向布置多点喷吹风管，以形成紊流喷吹成核区域。
根据本发明的实施方案，在圆周方向均匀分布的雾化喷枪的数量可以为4～5个。
根据本发明的实施方案，所述喷吹风管的数量为3～4个。优选地，进风角度为空间角，所述喷吹风管沿圆周方向呈45±1°布置，其空间仰角为30±1°。紊流喷吹装置的作用在于让润湿的物料粉末在悬浮润湿塔内充分的翻腾、碰撞，从而达到一种类似于“沸腾”的状态，使形成的初始料粒尺寸、水分更加均匀。
根据本发明的实施方案，在润湿塔内，由上到下形成弥散均布区、粉粒子湿润区、紊流喷吹碰撞交汇成核区，三个区域之间无明显分界线。
本发明还提供一种造粒系统，包括上述润湿塔。
根据本发明的实施方案，所述造粒系统不包括粉料烘干装置。
根据本发明的实施方案，所述造粒系统还包括供料配风单元，包括送料风机和原料缓存仓，优选原料缓存仓配有可变频调速的回转下料器装置，能够为造粒系统提供稳定且可调的供料料流，送料风机优选为变频调速风机，可根据供料量的变化调节风量，其提供的高压空气将原料料流送至所述旋风下料装置中。
根据本发明的实施方案，所述造粒系统还包括供水单元，为润湿单元供水。例如所述供水单元由储水装置和喷水控制系统组成，供水单元可以通过喷水控制系统对造粒系统中雾化水量进行调节。
根据本发明的实施方案，所述造粒系统还包括两级锥形盘造粒机，各造粒盘均呈100°～150°锥形设计。一级锥形盘造粒机负责将从润湿塔内落下的成核料液混合体进行滚圆处理，使其成球；成球物料进入二级锥形盘造粒机后，对其再次进行滚圆处理，起到强化造粒的作用。
根据本发明的实施方案，所述造粒系统还包括密封风机，用于所述两级锥形盘造粒机内部密封反吹，将盘体上即将进入盘-壳间隙的物料反吹回盘体。
根据本发明的实施方案，所述造粒系统还包括铁氟龙(PTFE)涂层，设置在润湿塔的内壁、两级锥形盘造粒机的壳体内壁、两级锥形盘造粒机之间的出料溜管内壁上。
根据本发明的实施方案，所述造粒系统还包括收尘系统，例如由收尘装置、主收尘器、主风机、二级锥形盘造粒机收尘罩以及排风烟囱组成。其中，主风机为整个造粒系统提供负压空气，收尘装置放置于一级锥形盘造粒机壳体之上，其上部与悬浮造粒塔连接(一般为工业胶带进行胶粘软连接)，收尘装置内部设置隔板，隔板上开设若干收尘孔，造粒系统中产生的粉尘即通过收尘孔被系统负压带走至主收尘器，经收尘处理后，收集的粉尘被输送至提升机与原料粉末一并送入造粒系统进行造粒，实现了料路闭环。
本发明还提供上述润湿塔或造粒系统在陶瓷干法造粒中的应用。
本发明还提供一种陶瓷干法造粒方法，使用上述润湿塔或造粒系统，在无需粉料烘干的条件下，得到水分6～8％的粒料。
发明人发现，陶瓷干法造粒工艺存在以下具体问题：
1、雾化喷水不均匀。现有陶瓷干法造粒工艺均为中心单点雾化喷水，覆盖范围有限，导致中间区域喷水量过多，而四周区域喷水量因粉料下行阻挡而骤减，使料粒含水量差异过大，塔体贴壁部位干粉过多，影响最终成品料粒质量和产量。
2、原料粉末喷撒区域过于集中。现有陶瓷干法造粒工艺基本为风扫式外撒料，即外部高压空气带动原料粉末进入悬浮润湿塔中与雾化水颗粒结合，由于粉料外吹集中在塔体壁部分碰壁后反向中心，使得原料粉末在塔体中心弥散不足，喷水又是中心喷雾，导致部分原料粉末易呈泥状而部分原料粉末几乎没有得到润湿就被收尘，严重影响造粒效率和造粒品质及产量。
3、成品料粒滚圆效果较差。现有陶瓷干法造粒工艺所使用的造粒盘形式基本为平盘结构，粉料在高速转盘平面上因外心力作用快速出盘，虽然设置2～3级造粒盘，但是料粒在造粒盘上形不成翻滚强化且停留时间过短，造成料粒自身强度较弱，自粉现象严重，料粒外貌形态较差(与湿法工艺相比)，影响后期砖坯压制质量。
4、因要解决粉料干、湿差别大的问题必须要设置烘干环节。现有陶瓷干法造粒工艺相较于传统湿法工艺在能耗方面已经有了巨大的进步，但仍然还有提高进步的可能。
基于上述所涉及的问题，即传统湿法工艺高能耗的问题以及现有干法工艺造粒质量缺陷的问题，提供一种高效节能的陶瓷干法制备的新型造粒系统无论对于环保节能还是对于企业产品成本的控制都具有非常大的现实意义。其技术难点在于该系统和工艺不设置烘干环节，同时还要提高造粒产量和质量，造粒质量标准接近湿法造粒标准。即出造粒机的料粒水分即为6～8％，可直接用于砖坯压制，这就要求粉料颗粒与雾化水颗粒要进行高效、充分的融合，具体体现在：
1、由于该系统和工艺不设置烘干环节，所以要求原料粉末要在悬浮润湿塔中呈均匀的弥散状态，避免物料进入悬浮润湿塔中还未来得及散开所导致的局部区域下料过于集中，下料速度过快的问题。
2、由于该系统和工艺不设置烘干环节，所以要求雾化喷水系统呈多点分布，各喷水点产生的雾化水覆盖范围应尽量减少重叠区域，从而达到覆盖面积广，水雾分布均匀，且重叠区域小，避免产生过大粒径的雾化水颗粒。
3、由于系统和工艺不设置烘干环节，所以原料粉末经水雾润湿后在下落途中，要对其进行紊流喷吹，使物料与水雾之间充分碰撞、翻腾、融合，使形成的初始料粒尺寸、水分更加均匀。
4、由于目前陶瓷干法制粉造粒工艺所造粉料容重都低于800㎏/m3，对压机成型造成问题多，急需提高干法造粒强度，提高容重，增加流动性，满足压机成型要求。
鉴于以上考虑，本发明提供了以上结构的润湿塔和无烘干装置的造粒系统。
对比传统湿法造粒工艺技术，该系统用于干法造粒的能耗及废气排放值均有大幅下降，其中，热源消耗：煤炭消耗降幅达～100％；天然气消耗降幅达～100％；用水量降幅达～80％；吨电耗降幅达～35％；CO2排放降幅达～100％。
附图说明
图1为免烘干造粒系统的结构示意图；
表示气体输送线路；
表示水输送线路；
表示物料输送线路。
图2为造粒系统主要组成部件结构示意图。
图3为造粒系统中旋风下料装置的剖面图。
图4为造粒系统中润湿塔的剖面图(紊流喷吹装置风管分布图)。
图5为造粒系统中紊流喷吹装置局部视图I。
图6为造粒系统中收尘系统的剖面图。
图7为造粒系统中两级锥形盘造粒机内部构造示意图及密封空气分布示意图。
图8为两级锥形盘造粒机密封空气通过盘体与壳体间隙放大示意图Ⅱ。
附图标记：
1-旋风下料装置，1-1-外蜗壳结构，1-2-内蜗壳结构，1-3-导料叶片，2-润湿塔，3-润湿单元，3-1雾化喷枪，4-紊流喷吹装置，5-收尘装置，5-1-隔板，6-二级锥形盘造粒机系统，6-1-一级锥形盘造粒机，6-2-二级锥形盘造粒机，6-3-壳体，6-4-盘体，6-5-出料溜管，7-原料缓存仓，8-气力输送管道，9-提升机，10-送料风机，11-主收尘器，12-主风机，13-排风烟囱，14-喷吹风机，15-密封风机，16-储水装置，17-喷水控制系统。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
如图2所示的润湿塔，包括旋风下料装置1、润湿单元3和紊流喷吹装置4；
旋风下料装置1(参见图3)设置在润湿塔顶部，旋风下料装置1包括外蜗壳结构1-1、内蜗壳结构1-2、以及内部沿蜗壳曲线均布的导料叶片1-3，一部分物料在离心力作用下沿蜗壳曲线呈螺旋式下降，另一部分物料则通过导料叶片的间隙完成内下料，形成弥散下料区域；由于物料通过导料叶片1-3的间隙会遇到相应的阻力，所以这部分物料下降的速度得到一定程度的减缓，其下落的速度是要慢于沿蜗壳下降的那部分物料的下落速度，解决了下料过程中由于物料量较大造成的下料集中的问题，物料螺旋式下降的方式更有利于物料由内向四周分散，同时，加高弥散塔筒高度使两部分物料均有足够的时间进行充分的弥散，使物料最大可能的均匀的弥散在润湿塔2中；
润湿单元3包括设置在润湿塔顶部并延伸至润湿塔中部的若干雾化喷枪，雾化喷枪3-1的分布为：中心设置一个、圆周方向均匀分布4～5个；通过压力调节每个雾化喷头的喷射范围，能够使水雾在润湿塔中均匀散开，水和物料充分交换，避免由于雾化水颗粒分布不均造成的粉尘颗粒润湿效果不均衡的问题；
紊流喷吹装置4设置在润湿塔中下部，具有环形进风管，沿环形进风管圆周方向布置3～4个喷吹风管，向润湿塔内鼓风，形成紊流喷吹成核区域。进风角度为空间角，喷吹风管沿圆周方向呈45±1°布置，其空间仰角为30±1°(参见图4-5)。紊流喷吹装置的作用在于让润湿的物料粉末在悬浮润湿塔内充分的翻腾、碰撞，从而达到一种类似于“沸腾”的状态，使形成的初始料粒尺寸、水分更加均匀。
在润湿塔内，由上到下形成弥散均布区、粉粒子湿润区、紊流喷吹碰撞交汇成核区，三个区域之间无明显分界线。
如图1所示的造粒系统，包括图2所示的润湿塔2，且不包括粉料烘干装置。
具体地，该造粒系统还包括：
(1)供料配风单元，包括送料风机10和原料缓存仓7，原料缓存仓7配有可变频调速的回转下料器装置，能够为造粒系统提供稳定且可调的供料料流，送料风机10为变频调速风机，可根据供料量的变化调节风量，其提供的高压空气将原料料流送至所述旋风下料装置中。
(2)供水单元，由储水装置16和喷水控制系统17组成，供水单元可以通过喷水控制系统17对造粒系统中雾化水量进行调节。
(3)两级锥形盘造粒机，各造粒盘均呈100°～150°锥形设计。一级锥形盘造粒机6-1负责将从润湿塔内落下的成核料液混合体进行滚圆处理，使其成球；成球物料进入二级锥形盘造粒机6-2后，对其再次进行滚圆处理，起到强化造粒的作用。
(4)密封风机15(参见图7-8)，主要用于两级锥形盘造粒机内部密封反吹之用。由于两级锥形盘造粒机的盘体6-4为旋转部件，所以盘体6-4必须要与两级锥形盘造粒机的壳体6-3间保持一定间隙，而造粒系统工作时，会有大量的物料经由润湿塔2落入两级锥形盘造粒机，难免会有细小物料或粉尘经盘体6-4与壳体6-3的间隙落入两级锥形盘造粒机下部封闭区域，如不及时清理，会造成物料越积越多，影响设备使用。因而需要严格控制盘体6-4与壳体6-3间的间隙在2～3mm，外部增设密封风机15，向壳体6-3下方区域内鼓风，大量正压空气进入壳体6-3下方区域，并通过2～3mm的盘-壳间隙，产生高速气流(速度约为70m/s)，将盘体6-4上即将进入盘-壳间隙的物料反吹回盘体6-4上，实现密封反吹功能。
(5)铁氟龙(PTFE)涂层。随着系统运行时间的增长及物料量的增多，润湿的粉尘物料会在润湿塔2内壁、壳体6-3内壁以及两级锥形造粒机之间的出料溜管6-5的内壁发生粘结，粘结的物料积累到一定程度就会大面积脱落，形成大块物料，严重影响设备正常运行及系统造粒的质量，所以将铁氟龙(PTFE)涂料喷涂至润湿塔2内壁、两级锥形造粒机的壳体6-3内壁以及两级锥形造粒机之间的出料溜管6-5的内壁，防止物料在设备表面粘结成块，影响造粒质量。
(6)收尘系统(参见图6)。收尘系统用于收集造粒环节中产生的粉尘，使其循环利用，并保护车间生产环境。该系统由收尘装置5、主收尘器11、主风机12、二级锥形盘造粒机6-2收尘罩6-6以及排风烟囱13组成。其中，主风机12为整个造粒系统提供负压空气，收尘装置放置于一级锥形盘造粒机6-1壳体之上，其上部与造粒塔2连接(一般为工业胶带进行胶粘软连接)，收尘装置内部设置隔板5-1，隔板5-1上开设若干收尘孔，造粒系统中产生的粉尘即通过收尘孔被系统负压带走至主收尘器11，经收尘处理后，收集的粉尘被输送至提升机9与原料粉末一并送入造粒系统进行造粒，实现了料路闭环。收尘处理后的空气为符合国家排放标准的空气，经排风烟囱13排入大气。
以上造粒系统采用直出式造粒方式，料粒经造粒机造粒后直接进入压机进行压制，取消造粒烘干环节，简化了工艺设计流程，节约设备投资，同时，进一步的节省了热能消耗。
该系统的工作流程进行详细介绍：
粉磨好的原料粉末由提升机9输送至原料缓存仓7进入稳定配料供风环节，原料缓存仓7配备回转下料器，可对下料量进行调节，原料缓存仓7中物料进入气力输送管道8后，由送料风机10将物料经由气力输送管道8吹至旋风下料装置1，实现稳定供料的作用，使料-气以最佳的比例进入造粒环节。
当原料粉末进入旋风下料装置1后，会迅速的在润湿塔2中弥散开，此时，多点雾化喷水系统3开始工作，形成的细小水雾(粒径≤100um)会迅速充满悬浮润湿塔2中，与弥散开的原料粉末结合。旋风下料装置1可以使原料粉末在短时间内在润湿塔2内呈螺旋状迅速弥撒，而多点雾化喷水系统3使得水雾颗粒均匀的喷撒在润湿塔2中，所以，原料粉末与雾化水颗粒可以进行迅速而高效的结合，完成悬浮润湿这一环节。
经过润湿的原料粉末大部分已经形成料液混合体，但仍会存在小部分原料粉末在润湿环节与雾化水颗粒结合效果不好，导致其水分不均匀，这一问题在紊流喷吹环节得到解决。在该环节，紊流喷吹装置4被布置在润湿塔2的中下部位置，紊流喷吹装置的作用在于让润湿的原料粉末在悬浮润湿塔内充分的翻腾、碰撞，从而达到一种类似于“沸腾”的状态，使形成的初始料粒尺寸、水分更加均匀。
上述过程在润湿塔2中会形成三个较为明显的功能区域，即：弥散均布区、粉粒子湿润区、紊流喷吹碰撞交汇成核区。
经过紊流喷吹环节的初始料粒其水分已经非常均匀，且已经达到成品料粒水分要求(7～8％)，随后，料粒落入两级锥形盘造粒机6进入造粒工序。其中，一级锥形盘造粒机6-1负责将从润湿塔2内落下的成核料液混合体进行滚圆处理，使其成球；成球物料通过出料溜管6-5进入二级锥形盘造粒机6-2后，对其再次进行滚圆处理，起到强化造粒的作用。
由于造粒盘呈100°～150°锥形设计，配合变频电机转速的调节，各级锥形盘造粒机均可根据现场实际工况对转速进行调节，从而可以获得料粒在盘面停留的最佳时间，可以使料粒具有良好的强度、外貌形状以及流动度。
经两级锥形盘造粒机系统6造粒的料粒为成品料粒，无需烘干处理即可被直接送至压机，进入砖坯压制环节。
对比已有干法造粒工艺，由于多点水喷雾，更多粉粒子容易喷雾上水且表面收水量更均习，不会出现一个喷咀情况下中心粉粒子吸水量大而周边大量粉粒子吸不到水保留干粉情况。从而使湿润粉粒子比率大幅提高，均匀湿润粒子粘合成粒的机率大幅提高，造粒产量就会增大。同时，湿润粉粒子比率提高后，表面湿润后还没有完全向粒子内芯渗透情况下，更易接触粘合造粒，避免了中心一个喷咀造粒时，吸水量大的粉粒子与湿、干不同粉粒子粘合后，所造粉粒会出现水份差别比较大，从而需要梳化床烘干均化环节。本发明就可以省去粉料烘干生产环节，不再需要天然气烘干，同时，简化了工艺流程，也节约了投资成本。
对比传统湿法造粒工艺技术，该工艺技术的能耗及废气排放值均有大幅下降，其中，热源消耗：煤炭消耗降幅达～100％；天然气消耗降幅达～100％；用水量降幅达～80％；吨电耗降幅达～35％；CO2排放降幅达～100％。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种润湿塔，其特征在于，所述润湿塔包括旋风下料装置、润湿单元和/或紊流喷吹装置；
所述旋风下料装置设置在润湿塔顶部，所述旋风下料装置包括外蜗壳结构、内蜗壳结构、以及内部沿蜗壳曲线均布的导料叶片，一部分物料在离心力作用下沿蜗壳曲线呈螺旋式下降，另一部分物料则通过导料叶片的间隙完成内下料，形成弥散下料区域；
所述润湿单元包括设置在润湿塔顶部、延伸至润湿塔中部的若干雾化喷枪，所述雾化喷枪的分布为：中心设置一个、圆周方向均匀分布至少4个；以使水雾均匀散开，水和物料充分交换；所述紊流喷吹装置设置在润湿塔中下部，具有环形进风管，沿所述环形进风管圆周方向布置多点喷吹风管，以形成紊流喷吹成核区域。
2.根据权利要求1所述的润湿塔，其特征在于，在圆周方向均匀分布的雾化喷枪的数量为4～5个。
3.根据权利要求1所述的润湿塔，其特征在于，所述喷吹风管的数量为3～4个。
4.根据权利要求1所述的润湿塔，其特征在于，进风角度为空间角，所述喷吹风管沿圆周方向呈45±1°布置，其空间仰角为30±1°。
5.一种造粒系统，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的润湿塔，且不包括粉料烘干装置。
6.根据权利要求5所述的造粒系统，其特征在于，所述造粒系统还包括两级锥形盘造粒机，各造粒盘均呈100°～150°锥形结构。
7.根据权利要求5或6所述的造粒系统，其特征在于，所述造粒系统还包括供料配风单元、供水单元、密封风机、铁氟龙涂层和/或收尘系统。
8.权利要求1-4任一项所述的润湿塔或权利要求5-7任一项所述的造粒系统在陶瓷干法造粒中的应用。
9.一种陶瓷干法造粒方法，其特征在于，使用权利要求1-4任一项所述的润湿塔或权利要求5-7任一项所述的造粒系统，无需粉料烘干，得到水分6～8％的粒料。
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