DE68906924T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Calcinieren. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Calcinieren von Calciumsulphatdihydrat oder Gips und ähnlicher wärmereaktiver Mineralien durch Einrichten von zumindest einem fluidisierbaren Materialbett, Erwärmen des Materials im Bett durch indirekten Wärmeaustausch mit einem heißen Gas, Fluidisieren des Materials im Bett durch Eintragen desselben heißen Gases und Abführen behandelten Materials aus dem Bett.
• Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung zum Calcinieren von Gips sind in unserer GB-A- 2 027 859 beschrieben, in der ein oder mehrere individuelle Gipsbetten durch indirekten Wärmeaustausch mit Brennstoff in einer Wirbelschichtverbrennungseinheit erwärmt wird bzw. werden und das Gips simultan fluidisiert wird und durch die resultierenden Verbrennungsgase direkt erwärmt wird, wobei frisches Material separat in das oder die Betten eingeführt wird und calciniertes Produkt aus dem oder jedem Bett abgezogen wird. Wir haben gefunden, daß in diesem Einstufenprozeß gewonnenes Halbhydrat den Einsatz wesentlicher Mengen eines Verzögerungsmittels erfordert, um die Härtungszeit auf einen geeigneten Wert zum Aufbau von Gipsputzmischungen einzustellen.
• Zusätzlich fanden wir heraus, daß ein gewisser Anteil des dem Behandlungsbett oder der Behandlungsschicht eines derartigen einstufigen Calcinierers zugeführten Gipses dazu neigt, vom Einlaß direkt zum Auslaß überzugehen, mit dem Ergebnis, daß ein signifikanter Anteil des Gipses den Calcinierer unbehandelt verläßt und im Produkt als Dihydrat zurückbleibt. Paradoxerweise neigt ein gewisser Materialanteil dazu, über ausgedehnte Perioden im Bett zurückgehalten zu werden, und dies führt zur Bildung löslichen wasserfreien Calciumsulphats, das wiederum in das Produkt austritt. Diese beiden Produkte reduzieren die Qualität des erzeugten Stucks oder Gipsputzes.
• Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nun ein verbessertes Verfahren zum Calcinieren von Calciumsulphatdihydrat oder anderen wärmereaktiven Materilalien angegeben, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das nicht behandelte Material in ein erstes Bett eingetragen wird, teilweise calciniertes Material aus dem ersten in ein zweites oder darauffolgendes Bett überführt wird und calciniertes Produkt aus dem letzten der Betten abgeführt wird, wobei heißes Gas zur Fluidisierung in jedes Bett eingetragen wird, nachdem ein gewisser Betrag seiner Wärme durch indirekten Wärmeaustausch auf die Betten, in denen die Calcinierung stattfindet, übertragen worden ist.
• Das heiße Gas kann durch Wirbelschichtverbrennung eines festen Brennstoffs, beispielsweise Kohle, oder eines Flüssigbrennstoffs, beispielsweise Schweröl, erzeugt werden, und die gesamte Wirbelschichtverbrennungseinheit steht vorzugsweise in indirekter Wärmeaustauschbeziehung zu den Materialbetten oder -schichten.
• Die gesamte Rate der Calcinationsreaktion ist im Vergleich zum Calcinierungsverfahren mit einzelner Stufe vermindert. Wir haben gefunden, daß das resultierende Produkt den Einsatz von weniger Verzögerungsmittel im Vergleich zum Produkt des Einstufenprozesses erfordert, um die für eine akzeptable Gipsmörtel- oder Gipsputzmischung erforderliche Härtungszeit zu erzielen.
• Darüber hinaus führt der mehrstufige Prozeß zu einer gleichmäßigeren Wärmebehandlung des Gipses und setzt die Anteile von Dihydrat und löslichem Anhydrid im Produkt herab. Die Effizienz des Calcinierungsverfahrens ist daher gesteigert und die Qualität des Produkts verbessert. Das Produkt der Erfindung weist für die Herstellung von Gipsbauplatten- oder -dielen geeignete Eigenschaften auf.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Calcinieren angegeben, die zumindest zwei Behälter für jeweilige Betten von zu calcinierendem Material aufweist, eine Einrichtung zum Einleiten nichtbehandelten Materials in einen ersten Behälter, eine Einrichtung zum Abführen calcinierten Produktgas aus dem Endbehälter, eine Röhrenleitung für heißes Gas in indirekter Wärmeaustauschbeziehung mit den Behältern und eine Einrichtung zum Einleiten des heißen Gases aus der Röhrenleitung in die unteren Regionen der Behälter zur Fluidisierung der Betten darin, und ist durch eine Einrichtung zur Überführung von Material aus dem ersten Behälter in den zweiten Behälter gekennzeichnet.
• Die GB-A-1 549 020 beschreibt einen mehrstufigen Calcinierer, in dem Gips sukzessive durch eine Folge von Betten geleitet wird, in einer ersten Gruppe von Betten calciniert wird, die durch ein Fluid erwärmt werden, das zwischen indirekten Wärmeaustauschern in den Betten und einer Heizvorrichtung in Form eines Austauschers oder Boilers zirkuliert wird. Verbrennungsluft für letzteren wird durch indirekte Wärmeaustauscher in einer zweiten Bettgruppe vorgewärmt, in denen das calcinierte Produkt aus der ersten Gruppe durch in die darin befindlichen Austauscher eingeleitete Kaltluft gekühlt wird. Die vorerwärmte Luft wird auch zur Fluidisierung der Betten beider Gruppen benutzt. Bezüglich der Gruppierung und Funktionen der Betten und des Ursprungs und der Wärmeentwicklung oder -veränderung des zur Fluidisierung benutzten Gases unterscheiden sich dieses Verfahren und diese Vorrichtung radikal von denjenigen der Erfindung.
• Die Erfindung wird nun lediglich beispielhalber unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen:
• FIG. 1 eine vertikale Calcinierungsvorrichtung gemäß der Erfindung darstellt;
• FIG. 2 eine schematische Ansicht einer Anordnung einer Vorrichtung, die die Merkmale der FIG. 1 enthält, in einer Übersichtsdarstellung
• Die Calcinierungsvorrichtung, die in FIG. 1 gezeigt ist, umfaßt einen Stahlkessel 2, der eine rechtwinklige Basis 4, zwei Seitenwände 6 und zwei in der Zeichnung nicht dargestellte Stirnwände aufweist. Der Kessel ist mit einer geneigten Bedachung 8 versehen, die sich von der Oberkante der Seitenwandungen 6 erstreckt. Am Scheitelpunkt der Bedachung ist ein Auslaß 10 für Abgase vorgesehen, von dem aus sich eine Abgasleitung 12 aufwärts erstreckt.
• In einer der Seitenwände 6 ist ein Einlaß 14 zum Eintritt von zu calcinierenden pulverisierten Gipses vorgesehen, der mittels eines konventionellen Schneckenaufgebers 16 zugeführt wird. n der gegenüberliegenden Seitenwand ist ein Auslaßüberlauf 18 für calciniertes Produktmaterial vorgesehen. eine Prellplatte 20, die am Auslaß von der Seitenwand beabstandet worgesehen ist, erstreckt sich innerhalb des Kessels 2 vertikal bis zu einem Niveau nahe der Basis 4 abwärts. Dies stellt sicher, daß den Auslaßüberlauf erreichendes Material aus der tieferen Region des Kessels 2 abgezogen wird.
• Die Vorrichtung umfaßt ferner eine Verbrennungskammer 22, die aus zwei wärmeleitenden Wärmeaustausch-Seitenwänden 24, zwei (in FIG. 1 nicht dargestellten) Stirnwänden und einer horizontalen Bedachung 26 gebildet ist. Die Verbrennungskammer ist symmetrisch im Zentrum des Kessels 2 angeordnet und trennt zusammen fit (in FIG. 1 nicht dargestellten) Trennwänden, die sich von der Kammer 22 zu den Stirnwänden des Kessels 2 erstrecken, letzteren in zwei Teilräume A und B, die als Behälter für die Betten des zu calcinierenden Materials dienen.
• Die unteren Abschnitte der Seitenwände 24 erstrecken sich über die Basis 4 hinaus nach unten und sind mit der Wand eines horizontalen Gaszufuhrrohres 28 dicht verbunden, das in Längsrichtung unterhalb des Kessels 2 angeordnet ist. Der obere Abschnitt der Wand des Gaszufuhrrohres ist mit mehreren Stand- oder Steigrohren 30 versehen, um zu ermöglichen, daß Gas aus dem Gaszufuhrrohr 28 in die Verbrennungskammer 22 eintritt. bin Zuleitungsrohr 32 für Kohle erstreckt sich vertikal durch die Bedachung 8 des Kessels 2 und durch das Dach 26 der Verbrennungskammer in die Verbrennungskammer 22 nach unten. Ein Kohlezuleitungs- Steuerventil 34 im Zuleitungsrohr 32 ermöglicht, daß die Vorrichtung von der Kohlezuleitung isoliert ist.
• Horizontale Leitungen 38 für heiße Verbrennungsgase erstrecken sich vom oberen Abschnitt der Verbrennungskammer 22 und durch die Kesselseitenwände 6 nach außen. Diese Leitungen kommunizieren mit vertikalen Leitungen 40, die sich zur jeweiligen Plenumkammer 42 nach unten erstrecken, welche sich längs der unteren Abschnitte der Kesselseitenwände 6 erstreckt. Mehrere perforierter Einblasrohre 46 erstrecken sich horizontal von der Plenumkammer 42 in die jeweiligen unteren Regionen der Teilräume A und B des Kessels 2.
• Eine Anordnung der Merkmale, die in FIG. 1 gezeigt sind, wird schematisch durch die Übersichtsdarstellung der FIG. 2 veranschaulicht, in denen diese Merkmale durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Einige der Einbauten und Bauteile sind zum Zwecke der Vereinfachung weggelassen.
• Die beiden Teilräume und B des Kessels 2 umgeben die Verbrennungskammer 22 für einen effizienten Wärmeaustausch vollständig und sind durch Trennwände 50 getrennt. Jede Trennwand weist eine Überlauföffnung 54 in einer Höhe auf, die der Höhe des Auslasses 18 entspricht, um zu ermöglichen, daß Material aus dem Teilraum A in den Teilraum B tritt. Eine vertikale Leitwand 56 ist auf der Seite jedes Uberlaufs oder Wehrs im Teilraum A angeordnet, um eine Leitung auszubilden, die einen Einlaß in der unteren Region vom Teilraum A aufweist und über den jeweiligen Überlauf mit Teilraum B kommuniziert. Ein Zufuhrrohr 58 für komprimierte Luft erstreckt sich durch die Basis des Kessels 2 aufwärts in jede derartige Leitung, durch den komprimierte Luft zur Unterstützung der Materialströmung von der unteren Region des Teilraums A die jeweilige Leitung aufwärts und über den Überlauf in Teilraum B eingeleitet werden kann.
• In der in FIG. 2 gezeigten Anordnung wird Gips dem Schneckenaufgeber 16 mittels eines mechanischen Aufgabesystems 62 aus einem Behälter 60 zugeführt, wobei das Aufgabesystem auf eine Steuereinheit 64 ansprechend arbeitet, der Daten von einem thermoelektrischen Element 66 im Teilraum B zugeführt werden. Um die anfängliche Ladung des Gipspulvers für die Calcinlerungsvorrichtung zu unterstützen, ist es von Vorteil, zusätzlich zum Schneckenaufgeber 16 einen zweiten Schneckenaufgeber 68 (FIG. 2) zu haben, der so angeordnet ist, daß er Gips direkt in den Teilraum B leitet. Es kann eine Umlenkeinrichtung 70 eingebaut werden, um die Gipszufuhr zu den Aufgebern 16 und 60 zu steuern. Ist einmal ein kontinuierlicher Betrieb hergestellt, wird mittels des Schneckenaufgebers 16 Gips nur in das Bett im Teilraum A eingespeist. Das Bett im Teilraum B wird dann durch die Materialströmung aus Bett A über die Überläufe 54 in den Trennwänden 50 erhalten.
• Haben sich die Betten A und B pulverisierten Gipses einmal eingestellt, so wird im Betrieb Brennstoff kontinuierlich durch das Brennstoffzuleitungsrohr 32 (FIG. 1) in das Wirbelschichtverbrennungs-Bett in Kammer 22 eingeleitet. Unter Druck stehende Luft wird dem Rohr 28 zugeführt und tritt durch die Standrohre 30 zur Fluidisierung des Verbrennungsbetts bzw. der Verbrennungsschicht in die Verbrennungskammer 22. Das Material in den Betten A und B wird durch indirekte Wärmeübertragung über die Wände 24 der Verbrennungskammer erwärmt, während heiße Verbrennungsgase entlang der Leitungen 38 und 40 in die Plenumkammern 42 übertreten und durch die Einblasrohre 46 in die unteren Regionen der Betten A und B ausgetragen werden.Die Betten werden durch die heißen Verbrennungsgase fluidisiert, wobei eine Unterstützung durch das verdampfte Kristallisationswasser stattfindet, welches durch das Material entwickelt wird, und das Material wird weiter erwärmt. Abgase und Wasserdampf treten durch das Abgasrohr 12 aus.
• Im kontinuierlichen Betrieb wird die Zufuhrrate des Gipses zur Aufrechterhaltung der Betten A und B bei optimalen Betriebstemperaturen gesteuert, wobei dies in meistgeeigneter Weise mittels des thermoelektrischen Elements 66 bewerkstelligt wird, das so angeordnet ist, daß es die Temperatur des Bettes B überwacht. Das vom thermoelektrischen Element erzeugte Signal wird von der Steuereinheit 64 verarbeitet, um die Gipszufuhrrate wie erforderlich einzustellen.
• Die Strömungsrate komprimierter Luft in den Leitungen 58 wird so eingestellt, daß eine konstante Materialströmung über die luftunterstützten Überläufe oder Wehre 54 aus Bett A in Bett B aufrechterhalten wird und so im Bett A ein konstantes Niveau beibehalten wird. Das Endprodukt, z.B. Calciumsulphathalbhydrat verläßt den Kessel 2 am Auslaßüberlauf 18.
• Die Vorrichtung kann in geeigneter Weise so ausgelegt und betrieben werden, daß das Verhältnis der Wärmezufuhr in die Betten A und B zwischen 25:75 und 75:25 liegt und vorzugsweise etwa 50:50 beträgt. Die Betten A und B weisen vorzugsweise dieselbe Abmessung auf.
• In der Praxis arbeitet das Bett A auf einer niedrigeren Temperatur als das Bett B. Typischerweise arbeitet das Bett A im Bereich von 120 ºC bis 135 ºC, und Bett B arbeitet im Bereich von 140 ºC bis 160 ºC. Vorzugsweise wird Bett A bei etwa 122 ºC betrieben und Bett B bei 148 bis 150ºC. Die Gesamtrate der Calcinierungsreaktion wird im zweistufigen Verfahren im Vergleich zum Calcinierungsverfahren mit einer einzelnen Stufe herabgesetzt, jedoch wird dies ohne die Notwendigkeit einer Verminderung der Gesamtausbeute des Calcinierers erzielt.
• Das Produkt der zweistufigen Calcinierung enthält geringere Pegel an löslichem Anhydrid und zurückbleibendem Gips als das Produkt einer einzelnen Stufe. Es kann daher Gipsputz verbesserter Qualität aus der zweistufigen Calcinierung gewonnen werden.
• Die Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung auf die Calcinierung von Gips stellt ein Beispiel der Anwendung dieser Erfindung dar. Ss versteht sich, daß das Verfahren und die Vorrichtung für die Calcinierung anderer wärmereaktiver Materialien einsetzbar sind.

Claims (13)

1. Verfahren zum Calcinieren von Calciumsulphatdihydrat oder anderem wärmereaktivem Material, welches die Einrichtung von zumindest einem fluidisierbaren Materialbett umfaßt, die Erwärmung des Materials im Bett durch indirekten Wärmeaustausch mit einem heißen Gas, die Fluidisierung des Materials im Bett durch Eintragen desselben heißen Gases und die Abführung behandelten Materials Aus dem Bett, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht behandelte Material in ein erstes Bett eingetragen wird, teilweise calciniertes Material aus dem ersten in ein zweites oder darauffolgendes Bett überführt wird und calciniertes Produkt aus dem letzten der Betten abgeführt wird, wobei heißes Gas zur Fluidisierung in jedes Bett eingetragen wird, nachdem ein gewisser Betrag seiner Wärme durch indirekten Wärmeaustausch auf die Betten, in denen die Calcinierung stattfindet, übertragen worden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das heiße Gas durch Wirbelschichtverbrennung eines Brennstoffs in indirektem Wärmeaustausch mit den Betten erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, in welchem das erste Bett auf einer niedrigeren Temperatur als das zweite oder darauffolgende Bett arbeitet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, in welchem die Betten Calciumsulphat umfassen und das erste Bett im Temperaturbereich 120 bis 135 ºC, vorzugsweise um 122 ºC arbeitet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, in welchem das zweite Bett im Temperaturbereich 140 bis 160 ºC, vorzugsweise bei 148 bis 150 ºC arbeitet.

6. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, in welchem die jeweiligen Betten im wesentlichen gleichen Wärmeeintrag empfangen.

7. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, in welchem teilweise calciniertes Material aus der unteren Region eines ersten Bettes abgeführt wird und in die obere Region eines zweiten Bettes eingetragen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, in welchem die Bewegung teilweise calcinierten Materials zwischen dem ersten Bett und dem zweiten Bett durch einen Gasstrom unterstützt wird.

9. Vorrichtung zum Calcinieren Calciumsulphatdihydrats oder anderen wärmereaktiven Materials, welches zumindest zwei Behälter (A, B) für jeweilige Materialbetten umfaßt, eine Einrichtung (16) zur Einleitung nichtbehandelten Materials in einen ersten Behälter (A), eine Einrichtung (18) zum Abführen calcinierten Produkts aus dem Endbehälter (B), eine Zufuhr (22) eines heißen Gases, eine Röhrenleitung (24, 38), um das heiße Gas in eine indirekte Wärmeaustauschbeziehung mit den Behältern zu bringen, und eine Einrichtung (40 bis 46) zum Eintragen des heißen Gases aus der Röhrenleitung in die unteren Regionen der Behälter zur Fluidisierung der Betten darin, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (54) zur Überführung teilweise calcinierten Materials aus dem ersten Behälter in einen zweiten Behälter.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, in welcher die Heißgaszufuhr eine Wirbelschichtverbrennungseinheit (28 bis 32) für einen Brennstoff ist, der in indirekter Wärmeaustauschbeziehung mit dem Behälter (A, B) steht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, in welcher Behälter (A, B) unmittelbar an die Verbrennungseinheit (28 bis 32) angrenzen und mit dieser Wärmeleitungswände (24) teilen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, in welcher die Einrichtung zum Überführen von Material aus dem ersten Behälter (A) zum zweiten Behälter (B) eine Leitung (56) umfaßt, die einen Einlaß, der mit einer unteren Region des ersten Behälters kommuniziert, und einen Auslaß in einer oberen Region des zweiten Behälters aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, ferner aufweisend eine Einrichtung (53) zum Eintragen eines Gasstromes in die Leitung (56) zur Unterstützung der Materialbewegung aus dem ersten Behälter (A) zum zweiten Behälter (B).