DK155244B - Fremgangsmaade til varmebehandling af et partikelformet materiale og apparat til udoevelse af fremgangsmaaden - Google Patents

Description

i

DK 155244 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde og et apparat til varmebehandling af et partikelformigt materiale, specielt gips.

En af de vigtigste metoder, hvorved gipskalcinering udføres indu-5 strielt, finder sted i en såkaldt "kedel". Kalcineringskedler er traditionelt blevet drevet på portionsbasis, men for nylig er de blevet drevet ved en kontinuerlig teknik, som beskrevet i beskrivelsen til britisk patent nr. 1.018.464. Produktionshastigheden ved både portionsvis og kontinuerlig kedelkalcinering er imidlertid på 10 nuværende tidspunkt begrænset af den maximalt tilladelige varme-overførsel gennem kedel væggene og navnlig gennem bunden. Denne varmeoverførsel er begrænset, fordi der er en maximal tilladelig temperatur for metallet i kedelvæggene og bunden, sædvanligvis stål.

Over dette maximum er der fare for en hyppig bundudbrænding.

15

Den opfindelse, der er beskrevet i beskrivelsen til britisk patent nr. 1.488.665, har til formål at forøge varmetilførslen til kalcine-ringskedlerne ved både den portionsvise og kontinuerlige drift, og derved forøge kedlens produktionskapacitet uden ugunstig påvirkning 20 af produktkvaliteten eller betragtelig forøgelse af kedel bundtemperaturen. Ifølge denne opfindelse opvarmes calciumsulfatdihydrat i en kalcineringsbeholder eller -kedel ved varmetilførsel direkte gennem beholderens ydre vægge og bund og yderligere ved direkte indføring af varm gas i beholderen gennem et rør, der strækker sig nedad fra 25 toppen af beholderen, og som er udstyret med mindst én åbning i sin nedre region, der er neddykket i kalcineringsmaterialemassen. Selv om udøvelsen af den fremgangsmåde, der er omtalt i dette patentskrift, i høj grad har forøget den gennemførte mængde og givet betragtelige stigninger i kedlernes termiske virkningsgrad, er selve 30 kedlen stadig behæftet med de sædvanlige vedligeholdelsesproblemer for disse beholdere og må nu og da undergå omfattende reparationer af f.eks. det ildfaste murværk.

Der er nu blevet udviklet en ny fremgangsmåde og et apparat til 35 varmebehandling af et partikelformigt materiale, dvs. et pulveriseret eller granulært materiale, og som navnlig er egnet til kalcinering, ved hvilken fremgangsmåde hele den nødvendige varmemængde kan tilføres direkte til det materiale, der bliver kalcineret, hvorved det er muligt at undgå meget af det ildfaste murværk, der er for- 2

DK 155244 B

bundet med traditionelle kedler, og at isolere systemet termisk og derved øge den termiske virkningsgrad og nedsætte kapital- og vedligeholdelsesomkostninger.

5 Ifølge den foreliggende opfindelse er der tilvejebragt en fremgangsmåde til varmebehandling af et partikelformigt materiale, specielt parti kel formig gips, ved hvilken fremgangsmåde en varm gas indføres i en beholder i en retning nedad mod bunden af et materialelag til fluidisering af dette, og nyt materiale tilføres konti-10 nuerligt til det behandlede materiale, som udtages fra toppen af laget, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at den nedad-rettede gas i bundområdet af beholderen ledes udad i laget ved hjælp af et på den ikke-perforerede beholderbund anbragt fordelingsorgan, idet materialet i bundområdet samtidig begrænses af beholdervægge, 15 som konvergerer i nedadgående retning, og af et tilførselsorgan for fluidi seringsgassen, således at den varme gasstrøm tvinges til at divergere og blande sig intimt med materialet ved bunden af laget, og at omrøring af materialet på grund af kontakten med gassen breder sig gennem hele lagets volumen.

20

Ifølge den foreliggende opfindelse er der ydermere tilvejebragt et apparat til varmebehandling af et partikelformigt materiale, specielt parti kel formig gips, ifølge ovennævnte fremgangsmåde, hvilket apparat omfatter en behandlingsbeholder med en indføring i den øvre 25 del til indføring af det materiale, som skal behandles ved fluidisering, et tilførselsrør til tilførsel af varmfluidi seringsgas til det af det tilførte materiale dannede fluidi seringslag, samt en udføring i sidevæggen, hvilken udføring fastlægger niveauet for det dannede lag, idet sidevæggene af beholderen skråner jævnt fra i det 30 mindste nævnte niveau mod bunden af beholderen, således at væggene konvergerer i nedadgående retning, og at tilførselsrøret, der muliggør, at varm fluidiseringsgas føres nedad gennem beholderen, udmunder i bundområdet, hvilket apparat er ejendommeligt ved, at bunden af beholderen på et punkt lige under bundåbningen i tilfør-35 selsrøret er forsynet med et opadrettet, indre fremspring, som afbøjer gassen, og at den ikke-perforerede bunddel af beholderen tilspidser indtil den omgiver den nedre ende af tilførselsrøret og fremspringet i tilstrækkelig grad til at sikre fuldstændig blanding af gassen og materialet i hele beholderen.

3

DK 155244 B

Beholderens bund kan være udformet på forskellige måder, som hjælper med til fordeling af strømmen af varme gasser tværs over bundoverfladen, eller kan være udstyret med en eller flere indre fremspring eller indsatser, som tjener dette formål. For eksempel kan en 5 kegleformet indsats være anbragt på beholderbunden med sin top rettet opad mod varmerørets nederste åbning. Beholderbunden, eller mere specielt et indre fremspring, som beskrevet ovenfor, kan være udstyret med lede- eller hvirvel blade til forøgelse af gasstrømmens fordeling og virkningsfuldhed. Det er også en fordel at undgå 10 diskontinuitet i overfladens profil, ved f.eks. at tilvejebringe en buet profil ved overgangen mellem bunden og en kegleformet indsats.

Varmerøret er fortrinsvis åbent i sin nedre ende. Ydermere eller endog alternativt kan det i sin nedre del have en flerhed af gasfor-15 delingshuller i sidevæggen, fortrinsvis anbragt symmetrisk. Det kan også have sideåbninger på et højere niveau til yderligere opvarmning eller omrøring på dette niveau, forudsat at der er tilstrækkelig gasstrøm ved beholderens bund til at undgå akkumulering af varmebehandl et materiale.

20

Varmerøret kan være forbundet til en kilde for varme gasser med en passende temperatur, som kan fremkomme ved forbrænding af et brændstof, f.eks. gas, brændselsolie eller kul, eller kan være varme udledningsgasser fra en anden proces, forudsat at den ikke inter-25 fererer med en ønsket kalcineringsreaktion eller -produkt.

Alternativt og i mange tilfælde foretrækkes det, at opvarmningsrøret i sin øvre del er forbundet til en forsyning med brændslet, som i sig selv kan være gasformig, og også til en oxygenkilde og/eller 30 luftkilde, i hvilket tilfælde røret vil omfatte en brændstofbrænder til frembringelse af varme, gasformige forbrændingsprodukter. Brænderen kan være udstyret med en forbrændingsinitieringsanordning, som f.eks. kan være elektrisk. Eksempelvis kan drivmidlet være bygas eller naturgas, og forbrændingsinitieringsanordningen kan omfatte en 35 gnistanordning. Brænderen anbringes fortrinsvis i den nedre halvdel af røret, således at under brug sker forbrændingen af brændstoffet ved eller under materialeniveauet i beholderen.

Fortrinsvis varmeisoleres beholderen udvendigt mod varmetab til 4

DK 155244 B

forøgelse af systemets termiske virkningsgrad. Det er også ønskeligt, at beholderen i sin øvre region er forbundet med en støvsamler. Når opfindelsen anvendes til kalcinering, er det blevet konstateret, at det støv, der opsamles under brug, navnlig i til -5 fældet med gips, hovedsagelig består af kalcineret materiale, som i sig selv er et nyttigt produkt.

Hvis beholderen skal drives på kontinuerlig basis, forsynes den fortrinsvis med en ventil forsynet indføring for materiale, såsom 10 calciumsulfatdihydrat, og en ventil forsynet udgang eller overstrømningssystem for varmebehandlet materiale. Enhver egnet teknik kan anvendes til styret tilførsel af materiale ind i beholderen eller til afgivelse af materiale ud af beholderen. Opnåelse af et fuldstændigt omsat og ensartet produkt kræver foruden en tilstrækkelig 15 opholdstid sikring af, at en uacceptabel del af ikke-omsat eller utilstrækkeligt omsat materiale ikke når udføringen. Hvis reaktionen er hurtig og udføringen tilstrækkelig langt fra indføringen (f.eks. i en beholder med stor diameter i niveau med materialetoppen) kan dette være tilstrækkeligt. I de fleste tilfælde foretrækkes det 20 imidlertid at anbringe midler til forlængelse af banen mellem indføringen og udføringen. Disse midler kan omfatte en eller flere skærme, der er anbragt rundt om udføringen eller indføringen eller imellem dem, eller rør eller ledninger, der fører til eller fra udføringen eller indføringen, og som åbner sig i et lavere niveau i 25 beholderen.

Et overstrømningssystem kan omfatte en opragende udføringsledning, der går fra en lavere region i beholderen til en opdæmning, over hvilken udtømt materiale strømmer. En opragende ledning kan fungere 30 effektivt på grund af materialets fluidisering i beholderen under brug. Denne fluidisering kan frembringes direkte af påvirkningen fra gasser fra opvarmningsrøret, men hvor der afgives gasser eller dampe fra det materiale, der behandles, kan disse hjælpe med til eller stort set være ansvarlig for materialets fluidisering i beholderen.

35 F.eks. mister gips vand ved dannelse af hemihydrat eller vandfrit calciumsulfat, og den udviklede vanddamp forårsager "kogning" af mineralet.

Fluidiseringen af det behandlede materiale i apparatet ifølge den 5

DK 155244 B

foreliggende opfindelse er, hvad enten den primært skyldes indkommende gas eller selvfluidi sering ved udviklede dampe, ansvarlig for hurtig og effektiv blanding af indholdet og varmeoverførsel, og letter også jævn fordeling af produktet under kontinuerlig drift. På 5 grund af denne virkning er det ikke nødvendigt, at beholderen er udstyret med mekaniske omrystere eller omrørere. Tilvejebringelse af omrørere til yderligere omrystning vil imidlertid kunne kombineres med nærværende opfindelses principper.

10 Skønt der ofte heri refereres til kontinuerlig drift, til hvilket apparatet er specielt beregnet, må det forstås, at portionsvis drift ifølge opfindelsen 1igesåvel er mulig. Til dette formål fyldes beholderen først med materiale, om nødvendig med en initiel gasstrøm, hvorefter gasser ved den ønskede temperatur injiceres, indtil 15 processen er fuldendt. Beholderens indhold udtømmes derefter, f.eks. gennem en bundudtømningslåge. Sidstnævnte er i alle tilfælde en ønskelig anordning og kan anvendes til rengøring af beholderen og til udtømning af dens indhold i en nødsituation. Til rengøring og vedligeholdelsesformål kan beholderen også udstyres med inspektions-20 eller adgangsluger.

Temperaturen af de gasser, som befinder sig inden i opvarmningsrøret og strømmer derfra, kan styres på utallige måder, f.eks. ved mængden af overskudsluft, der anvendes til forbrændingen. Alternativt kan 25 der anbringes en hjælpeluftindførsel i røret mellem brænderen og rørets lavere region, hvorved yderligere luft kan indføres til styring af temperaturen af blandingen af luft og forbrændingsprodukter i røret.

30 Fremstillingen af hemihydratgips og vandfri gips eller blandinger deraf kan udføres ved hjælp af den foreliggende fremgangsmåde ved hovedsagelig at styre den effektive kalcineringstemperatur. Hvis f.eks. temperaturen af den calciumsulfatmasse, der behandles, holdes på fra ca. 140°C til 170°C, er det vigtigste kalcinerede 35 produkt af calciumsulfatdi hydrat hemihydratet, hvorimod det vigtig ste produkt ved en meget højere temperatur, især omkring 350°C eller derover, er vandfrit calciumsulfat.

Hvor der ønskes et vandfrit produkt, kan kalcineringsreaktionen 6

DK 155244 B

udføres i et enkelt trin ved at indstille gennemløbet i forhold til gastemperaturen og strømningshastigheden til opretholdelse af en temperatur i det nævnte område. Det er imidlertid også muligt at udføre reaktionen i to trin ved at drive et første apparat ifølge 5 opfindelsen i det lavere temperaturområde til opnåelse af et hemi-hydratprodukt, og et andet apparat ved den højere temperatur. Hed dette arrangement udvikles der i hvert trin vanddamp, som medvirker til fluidisering og blanding. Udledningsgasserne fra det andet apparat kan anvendes til opvarmning af det første, og alt eller dele 10 af hemihydratproduktet fra det første apparat kan overføres til det andet. Hemihydrat- og de vandfrie produkter kan anvendes separat eller kan blandes i ønskede forhold til brug som en blandet gips.

Den foreliggende opfindelse er navnlig egnet til kalcinering af 15 naturgips eller kemisk gips af en hvilken som helst oprindelse, f.eks. syntetisk gips fra fremstillingen af phosphorsyre eller fra neutraliseringen af røggasser eller fra hydratiseringen af naturligt anhydrit.

20 Opfindelsen vil nu blive beskrevet ved hjælp af eksempler under henvisning til tegningerne, hvor:

Figur 1 er et skematisk diagram af en kegleformet kalcinerings-beholder ifølge den foreliggende opfindelse, der er egnet til 25 kalcinering af gips, og

Figur 2 er et skematisk diagram af et eksempel på et kontrolsystem til drift af opvarmningsrøret i den kegleformede beholder i figur 1.

30 På figur 1 har en beholder 1 med en omvendt kegleform en afrundet bund 2 af begrænset areal og et låg 3 udstyret med en tilførselsledning 4 til det materiale, der skal kalcineres, såsom pulveriseret gips, og en udførselsledning 5 til udledningsgas forbundet med en støvsamler (ikke vist). Et opvarmningsrør 6, der beskrives mere 35 detaljeret nedenfor, er også ført gennem låget 3 ind i beholderens indre. Gipstilførselsledningen 4 er udstyret med en måleventil i form af en rotationsfødeanordning 7, som er forbundet til et gipsforråd 8. Beholderen er varmeisoleret hensigtsmæssigt som vist ved 9.

7

DK 155244 B

Det normale niveau af pulveriseret materiale i beholderen under drift er vist ved 10. En udføring for kalcineret materiale tilvejebringes i form af en ydre overstrømsanordning 11, der er forbundet med en fraførselsledning 12. Der findes også en bundudiedningsven-5 tilluge 21.

Opvarmningsrøret 6 strækker sig i alt væsentlig nedad langs den centrale, vertikale akse i den kegleformede beholder 1. Det er åbent i sin nedre ende 13 og slutter tæt ved beholderens bund 2. Røret er 10 også i sin nederste del af sine vægge forsynet med symmetrisk anbragte huller 14 til yderligere lettelse af fordelingen af varme gasser ind i det materiale, der kalcineres. Fordelingen af gasser, der kommer ud fra røret 6, forøges yderligere ved tilvejebringelse af en opretstående kegle 15 af et varmebestandigt materiale og 15 anbragt på beholderens bund 2 direkte nedenunder røråbningen 13.

Dimensionerne af beholderen og den koniske vinkel kan varieres i forhold til temperaturen og strømningshastigheden af de varme gasser gennem røret 6 og den ønskede gennemgang af mineral til opnåelse af 20 den ønskede opholdstid og materialetemperatur i beholderen og til sikring af tilstrækkelig blanding og effektiv varmeoverførsel.

Brændselsgas, f.eks. naturgas, tilføres gennem en ledning 16 til en gasbrænder 17 af dysebiandetypen, der er anbragt inden i røret 6 25 cirka på niveauet 10 for materialet i beholderen. Der tilføres separat luft til denne brænder gennem en luftledning 18 fra en ventilator 19. Den blanding af brændstof og luft, der forlader dysebiandebrænderen 17, antændes med en gnistanordning 20, og de varme, gasformige forbrændingsprodukter føres nedad gennem røret 6 30 og forlader det gennem rørets åbne ende 13 og hullerne 14. En forsyning af hjælpeluft til opvarmningsrøret anvendes almindeligvis ikke ved dette system.

Som vist på figur 2 føres brændselsgassen gennem en ledning 22 via 35 en hovedaflukningsventil 23, en hovedregulator 24, som reducerer ledningstrykket til en passende værdi (i denne specielle enhed 20,7 kPa overtryk), og derefter en måler 25. Trykket overvåges derefter af to trykafbrydere 26, som indstilles på det for sikker drift maximale og minimale tryk. Gasstrømmen til brænderen styres ud fra 8

DK 155244 B

et sikkerhedsaspekt af tre aflukningsventiler, hvoraf én (27a) følger efter trykafbryderne 26, én (27b) er anbragt i hovedledningen 28 og én (27c) er anbragt i en pilotledning 29. Hovedledningen omfatter også en yderligere regulator 31 og en gennemgangsregule-5 ringsventil 32, og pilot!edningen indeholder et par trykafbrydere 33, sin egen regulator 34 og en begrænsnings vent il 35. En udtagningsventil 36 forbinder yderligere hovedforsyningsledningen til pilotledningen 29, og en ventilationsventil 37 er forbundet til regulatorerne 31 og 34. Der er tilvejebragt manuelle ventiler 38, 10 som sædvanligvis lades åbne, men som kan lukkes til afskæring af dele af systemet. Både hovedledningen 28 og pilotledningen 29 leverer brændselsgas til ledningen 16 til varmerøret 6.

Inden tændingssekvensen påbegyndes, undersøges aflukningsventilerne 15 27 for at sikre, at de er lukkede og ikke lækker. Når tændings sekvensen indledes ved at lukke op for brænderkontakten, lukker ventilationsventilen 37, og en tidsanordning inden i brænderstyringspanelet (ikke vist) overvåger sekvensen under anvendelse af de to trykafbrydere 33 og 26 til sikring af, at rummet mellem de tre 20 aflukningsventiler 27 ikke kommer under tryk via lækage af gas eller luft, og til efter 30 sekunder at sikre, at når rummet sættes under tryk ved at åbne udtagningsventilen 36, holdes trykket i yderligere 30 sekunder.

25 Hvis begge disse kontrolundersøgelser er tilfredsstillende, fremkommer der en visuel indikation på at kontrolundersøgelsen er fuldført, og kontrol cykl en bevæger sig til næste trin. Hvis begge disse kontrolundersøgelser har vist sig utilfredsstillende vil en advarselsindikation komme til syne. Efter at kontrol indikationen er 30 kommet til syne, er der pause i 5 minutter, i hvilken periode luften vil udblæse brænderen og kalcineringssystemet. Når denne tid er forløbet, vil en brænderprogrammeringsenhed i styringspanelet starte tændingssekvensen. En gnist antænder pilotgassen efter åbning af den første aflukningsventil 27a og en pilotventil 27b, og tilstede-35 værelse af flammer detekteres af en flammedetekteringsingssonde 39, der er anbragt cirka 7,6 cm fra brænderen 17. Hvis der påvises en flamme, som er stabil, vil programmeringsenheden tillade, at den anden hovedaflukningsventil 27c åbnes, frembringende hovedflammen.

På dette tidspunkt lukker ventilationsventilen 37, hvilket tillader,

DK 155244 B

9 at regulatoren 31 går i funktion. Gassens strømningshastighed styres af indstillingen på gennemgangsreguleringsventilen 32.

Den vertikale position af brænderen 17 i røret kan indstilles, 5 således at det er muligt at danne flammen på et hvilket som helst niveau i forhold til beholderen og dens indhold.

Nogle fordele ved kalcineringsudstyret ifølge den foreliggende opfindelse er som følger: 10 (1) Systemets kapitalomkostning for en given gennemgangsmængde er lavere end for en traditionel kedel på grund af beholderens relative kompakthed og enkelthed.

15 (2) Enheden behøver ikke en omrører, og der er derfor en samlet besparelse af elektrisk energi.

(3) Den termiske nyttevirkning, f.eks. ved 85-90%, er endog højere end med den opfindelse, der er beskrevet i beskrivelsen til 20 britisk patent nr. 1.488.665.

(4) Vedligeholdelsesomkostninger vil være lavere.

(5) Opstarttiden er meget kortere end med en traditionel kedel, 25 idet den f.eks. er cirka 10 minutter.

Hvad angår produktet, er de fysiske egenskaber, når der er tale om kalcineret gips, lig med dem for det kalcinerede materiale, der fremstilles ifølge britisk patent nr. 1.488.665. Mere specielt, når 30 temperaturen af de varme gasser indstilles således, at temperaturen i det indre af calciumsulfaten er ca. 140-170°C, er hele produktet i alt væsentligt hemihydrat med lidt opløselig anhydrit og næsten ingen gips ifølge måling ved termisk different!al analyse.

35

Claims (3)

1. Fremgangsmåde til varmebehandling af et partikelformigt mate-5 riale, specielt parti kel formig gips, ved hvilken fremgangsmåde en varm gas (ved 6) indføres i en beholder (1) i en retning nedad mod bunden af et materialelag til fluidisering af dette, og nyt materiale (ved 4) tilføres kontinuerligt til det behandlede materiale, som udtages fra toppen (10) af laget, kendetegnet ved, at den 10 nedadrettede gas i bundområdet (2) af beholderen (1) ledes udad i laget ved hjælp af et på den ikke-perforerede beholderbund (2) anbragt fordelingsorgan (15), idet materialet i bundområdet (2) samtidig begrænses af beholdervægge, som konvergerer i nedadgående retning, og af et tilførselsorgan (6) for fluidiseringsgassen, 15 således at den varme gasstrøm tvinges til at divergere og blande sig intimt med materialet ved bunden af laget, og at omrøring af materialet på grund af kontakten med gassen breder sig gennem hele lagets volumen.

2. Apparat til udøvelse af fremgangsmåden til varmebehandling af et partikelformigt materiale, specielt parti kel formig gips, ifølge krav 1, hvilket apparat omfatter en behandlingsbeholder (1) med en indføring (4) i den øvre del til indføring af det materiale, som skal behandles ved fluidisering, et tilførselsrør (6, 16) til 25 tilførsel af varmfluidiseringsgas til det af det tilførte materiale dannede fluidi seringslag, samt en udføring (12) i sidevæggen, hvilken udføring fastlægger niveauet (10) for det dannede lag, idet sidevæggene af beholderen (1) skråner jævnt fra i det mindste niveauet (10) mod bunden (2) af beholderen (1), således at væggene 30 konvergerer i nedadgående retning, og at tilførselsrøret (6, 16), der muliggør, at varm fluidiseringsgas føres nedad gennem beholderen (1) , udmunder i bundområdet, kendetegnet ved, at bunden (2) af beholderen (1) på et punkt lige under bundåbningen (13) i tilførselsrøret (6) er forsynet med et opadrettet, indre fremspring, 35 som afbøjer gassen, og at den ikke-perforerede bunddel (2) af beholderen (1) tilspidser indtil den omgiver den nedre ende af tilførselsrøret (6) og fremspringet (15) i tilstrækkelig grad til at sikre fuldstændig blanding af gassen og materialet i hele beholderen (1)· DK 155244 B

3. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at fremspringet (15) i beholderens bund (2) udgøres af en med spidsen opadvendt kegle (15) af et varmebestandigt materiale. 5 10 15 20 25 30 35