NO152000B - Fremgangsmaate og apparat til varme-behandling av kornet materiale - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og

et apparat til behandling av kornet materiale, spesielt mineraler, og mer spesielt kalsinering av gips (hydratisert kalsiumsulfat).

En av hovedfremgangsmåtene som benyttes ved gipskalsi-nering, utfores industrielt i en såkalt kjel ("kettle"). Kalsi-neringskjeier har vanligvis blitt drevet på en satsbasis, men i den senere tid er de blitt drevet ved hjelp av en kontinuerlig teknikk, som beskrevet i GB-PS 1 018 464. Imidlertid er produk-sjonshastigheten både når det gjelder satsvis og kontinuerlig kjelekalsinering, fortsatt begrenset av den maksimalt tillatte varmeoverforing gjennom kjelveggene og spesielt gjennom bunnen. Denne varmeoverforing er begrenset fordi der eksisterer en maksi-mal tillatt temperatur for materialet i kjelveggene og -bunnen, som vanligvis er av stål. Over denne ekstremtemperåtur eksisterer der en fare for hyppig bunnutbrenning eller -gjennomslag.

Den oppfinnelse som er beskrevet i søkernes GB-PS

1 488 665, har til formål å oke varmetilførselen til kalsine-ringskjeler ved både satsvis og kontinuerlig drift for derved å©ke kjelens produksjonskapasitet uten å påvirke produktkvaliteten ugunstig eller oke kjelens bunntemperatur vesentlig. Ifolge den sistnevnte oppfinnelse blir kalsiumsulfatdihydrat oppvarmet i en kalsineringsbeholder eller -kjel ved hjelp av varme som tilfores indirekte gjennom yttervegger og bunnen av beholderen og dessuten ved hjelp av direkte innføring av varm gass i beholderen gjennom et ror som strekker seg nedover fra toppen av beholderen og er utfort med minst én åpning i det nedre område som er innsatt i massen av kalsineringsmaterialet. Mens bruken av den i patent-skriftet beskrevne fremgangsmåte har medført betydelig øking av kjelens kapasitet og i vesentlig grad øker den termiske virkningsgrad av kjelen, er selve kjelen fortsatt beheftet med de vedlike-holdsproblemer som er vanlige ved slike beholdere, og må nå og da underkastes store reparasjoner, f.eks. på det ildfaste stenarbeid.

Der er nå utviklet en ny fremgangsmåte og et nytt apparat til varmebehandling av kornet materiale, dvs. granulert eller pulverformet materiale, som er spesielt anvendelig for kalsinering, ved hjelp av hvilke all nødvendig varme kan tilfores direkte inn i det materiale som kalsineres, hvilket gjor det mulig å gi avkall på meget av det ildfaste stenarbeid som er forbundet med vanlige kjeler, og forsinke systemet termisk,

for derved å øke den termiske virkningsgrad og redusere inves-terings- og vedlikeholdskostnader.

I forbindelse med den foreliggende oppfinnelse er der skaffet en fremgangsmåte til varmebehandling av kornet materiale, hvor en varm gass føres inn i retning nedover mot bunnen av et materialskikt for fluidisering av sistnevnte, og ferskt materiale tilføres kontinuerlig til det behandlede materiale som trekkes ut fra toppen av skiktet, og det karakteristiske ved denne fremgangsmåte er at den nedoverrettede gass i området for bunnen av beholderen blir ledet utover i skiktet ved hjelp av et på den uperforerte beholderbunn anordnet fordelingsorgan, samtidig som materialet i området for bunnen avgrenses av beholdervegger som konvergerer i retning nedover, og av tilførsels-organet for fluidiseringsgassen, slik at den varme gasstrøm blir påvirket til å divergere og blande seg intimt med materialet ved bunnen av skiktet, og at omrøring av materialet pga. berøring med den varme gass sprer seg gjennom hele skiktvolumet.

Videre er der i henhold til den foreliggende oppfinnelse skaffet et apparat til varmebehandling av kornet materiale, spesielt partikkelformet gips, som angitt i krav 1, omfattende en behandlingsbeholder med et innløp ved det øvre parti for tilførsel av det materiale som skal behandles ved fluidisering, et tilførselsrør for tilførsel av varm fluidiseringsgass til det av det tilførte materiale dannede fluidiseringsskikt, samt et utløp ved sideveggen som bestemmer nivået for det dannede skikt, idet sideveggene av beholderen smalner jevnt av fra i det minste det nevnte nivå mot bunnen av beholderen, slik at veggene konvergerer i retning nedover, samtidig som tilførsels-røret tillater varm fluidiseringsgass å bli rettet nedover gjennom beholderen og munner ut i bunnområdet, og det karakteristiske ved dette apparat er at bunnen av beholderen på et punkt like under bunnåpningen av tilførselsrøret bærer et oppoverrettet indre fremspring som avbøyer gassen, og at den uperforerte bunn av beholderen smalner av inntil den omgir bunnen av til-førselsrøret og fremspringet tilstrekkelig til å sikre fullstendig blanding av gassen og materialet i hele beholderen.

Bunnen av beholderen kan være formet på forskjellige måter for å bidra til fordelingen av strommen av varme gasser over bunnflaten, eller være forsynt med en eller flere fremspring eller innsatser som tjener dette formål. F.eks. kan der på bunnen av beholderen være plassert en konisk innsats med spissen rettet oppover mot den nedre åpning av varmeroret. Bunnen av beholderen eller mer spesielt et indre fremspring som beskrevet, kan være anordnet med ledeplater eller hvirvelblader for å forsterke fordelingen og effektiviteten av gasstrommen. Det er også fordel-aktig å unngå diskontinuiteter i overflatens profil, f.eks. ved å anordne en buet profil ved overgangen mellom bunnen og en konisk innsats.

Varmerøret er fortrinnsvis åpent nedentil. Dessuten eller til og med alternativt kan den i det nedre parti ha en flerhet av gassfordelingshul1 i sideveggen, idet hullene fortrinnsvis er anordnet symmetrisk. Det kan også ha sideåpninger på et høyere nivå for å yte tilleggsoppvarming eller omrøring ved dette nivå, forutsatt at der ved bunnen av beholderen er en tilstrekkelig strøm av gass til å unngå opphopning av varmebehandlet materiale.

Varmerøret kan være forbundet med en kilde for varme passende tempererte gasser som kan avledes fra brenning av et brennstoff, f.eks. gass, brennolje eller kull, eller være varme avløpsgasser fra en annen prosess, forutsatt at denne ikke forstyrrer den ønskede kalsineringsreaksjon eller -produkt.

Varmeroret kan alternativt, og i mange tilfeller fortrinnsvis, være forbundet ved sin øvre del til en til føresei av brensel som i seg selv kan være gassformet, og også til en kilde med oksygen og/eller luft, i hvilket tilfelle roret vil innbefatte en brenselbrenner til å fremskaffe varme gassformede forbrenningsprodukter. Brenneren kan være forsynt med et forbrennings-initierende organ som f.eks. kan være elektrisk. Eksempelvis kan brennstoffet være husholdningsgass eller naturgass og det for-brenningsinitierende organ kan innbefatte et gnistorgan. Fortrinnsvis er brennstoffbrenneren plasser i den nedre halvdel av roret, slik at under bruk vil forbrenningen av brennstoff finne sted ved eller under nivået for materialet i beholderen.

For å oke systemets termiske virkningsgrad er beholderen fortrinnsvis varmeisolert utvendig mot varmetap. Ved det ovre område vil den også etter onske være forbundet med en stovsamler. Når oppfinnelsen anvendes i forbindelse med kalsinering, er det . funnet at stovet som samles under bruk, spesielt i tilfellet av gips, er overveiende sammensatt av kalsinert materiale og i seg selv et nyttig produkt.

Dersom beholderen skal drives kontinuerlig, er den fortrinnsvis forsynt ned et ventilforsynt innlop for materialet, f.eks. kalsiumsulfatdihydrat, og et ventilforsynt utlop eller overlopssystem for varmebehandlet materiale. En hvilken som helst passende teknikk kan brukes for styrt tilførsel av materiale inn i beholderen eller for utslipp av materialet fra beholderen. For å oppnå et fullstendig reagert og uniformt produkt kreves der ikke bare en passende oppholdstid, men en forsikring om at en uakseptabel del av ureagert eller utilstrekkelig reagert materiale ikke når utlopet. Dersom reaksjonen er rask og utløpet tilstrekkelig fjernt fra innløpet (f.eks. i en beholder med stor diameter ved nivået ved toppen av materialet), er det tilstrekkelig. I de fleste tilfeller er det imidlertid foretrukket å tilpasse organer som tjener til å forlenge banen mellom innløpet og utløpet. Disse organer kan omfatte en eller flere ledeplater arrangert rundt utlopet eller innløpet eller mellom disse, eller ror eller ledninger som fører til eller fra utlopet eller innløpet og munner ut ved et lavere nivå i beholderen.

Et overlopssystem kan omfatte en oppoverragende utløps-ledning som forer fra et lavere område av beholderen til en demning som utsluppet materiale strømmer over. En oppoverragende ledning kan funksjonere effektivt på grunn av fluidiseringen av materialet i beholderen under drift. Fluidiseringen kan frem-skaffes direkte ved hjelp av virkningen av gasser fra varmerøret, men der hvor gasser eller damper utsondres fra materialet som behandles, kan disse bidra til eller være vesentlig ansvarlig for fluidiseringen av materialet i beholderen. F.eks. taper gips vann for å danne semihydrat eller vannfritt kalsiumsulfat, og vann-dampen som utvikler seg, bevirker "koking" av mineralet.

Fluidiseringen av det behandlede materiale i apparatet, enten den finner sted primært ved tilført gass, eller ved selv-fluidisering ved hjelp av utviklede damper, er ansvarlig for en rask og effektiv blanding av innholdene og varmeoverføring,

og den forenkler t.o.m. utslippet av produktet ved kontinuerlig drift. På grunn av denne virkning er det ikke nødvendig å ut-styre beholderen med mekaniske agitatorer eller røreorganer. Imidlertid vil bruken av røreorganer for ytterligere omrøring kunne kombineres med prinsippene ifølge den foreliggende opp-f innelse.

Selv om der hittil ofte er referert til en kontinuerlig drift som apparatet spesielt er tenkt brukt i forbindelse med, så skal det forstås at satsdrift ifølge oppfinnelsen er likesåvel mulig. For det formål blir beholderen først fylt med materiale, hvis nødvendig sammen med en begynnelses-gasstrøm, hvoretter gass méd den ønskede temperatur føres inn inntil prosessen er fullført. Innholdet i beholderen blir deretter ført ut, f.eks. gjennom en bunnutløpsport. Den sistnevnte kan i ethvert tilfelle være et ønsket utstyr og kan benyttes ved rengjøring av beholderen og ved dumping av innholdet i nødsfall. Beholderen kan også være forsynt med inspeksjons- eller adkomstluker for rengjørings- og vedlike-holdsformål.

Temperaturen på gassene som befinner seg i varmerøret og strømmer ut fra dette, kan styres på en rekke måter, f.eks. ved hjelp av mengden av overskytende luft som benyttes ved for-brenning. Alternativt kan der i røret være anordnet et hjelpeluft-innløp mellom brenneren og det nedre parti av røret, hvor til-leggsluft kan føres inn for styring av temperaturen i blandingen av luft og forbrenningsprodukter i røret.

Produksjonen av semihydrat-pussemidler og vannfrie pussemidler eller blandinger av slike kan utføres ved hjelp av den nevnte fremgangsmåte hovedsakelig ved styring av den effektive kalsineringstemperatur. Dersom temperaturen på massen av kalsiumsulfat som behandles, holdes på f.eks. ca. 140-170°C, vil det hovedkalsinerte produkt fra kalsiumsulfatdihydrat være semihydrat, mens ved en meget høyere temperatur, f.eks. ved ca. 350°c eller mer vil hovedproduktet være vannfritt kalsiumsulfat.

I tilfeller hvor der onsk.es et vannfritt produkt, kan kalsineringsreaksjonen utfores i et eneste trinn ved justering av kapasiteten i forhold til gasstemperaturen og strømnings-hastigheten for å bibeholde en temperatur i det nevnte område. Imidlertid er det også mulig å utfore reaksjonen i to trinn ved drift av et forste apparat i henhold til oppfinnelsen i et lavere temperaturområde for å få et semihydrat produkt, og ved drift av et annet apparat ved den høyere temperatur. Med dette arrangement blir der ved hvert trinn utviklet vanndamp som bidrar til fluidiseringen og blandingen. Utslipsgassene fra det annet apparat kan brukes til oppvarming av det forste apparat, og alle eller deler av semihydrat-produktet fra det første apparat kan overføres til det annet. De semihydrate og vannfrie produkter kan benyttes hver for seg eller blandes i ønskede forhold for bruk som et blandet pussemiddel.

Oppfinnelsen egner seg spesielt ved kalsinering av naturlig gips eller kjemisk gips fra en hvilken som helst kilde, f.eks. syntetisk gips fra fremstillingen av fosforsyre eller fra nøytra-lisering av skorstensgasser eller fra hydratiseringen av naturlig anhydritt.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet ved hjelp av eksempler under henvisning til tegningen. Fig. 1 er et skjematisk riss, delvis i snitt, av en konisk kalsineringsbeholder ifølge oppfinnelsen som egner seg for gips-kalsinering. Fig. 2 er et skjematisk diagram over et eksempel på et styresystem til drift av varmerøret i den koniske beholder på fig. 1.

På fig. 1 har en beholder 1 med omvendt konisk form en avrundet bunn 2 med avgrenset areal og et lokk 3 som er anordnet med et tilforselsror 4 for det materiale som skal kalsineres, f.eks. gipspulver, og et avlopsgass-utlopsrør 5 forbundet med en ikke vist stovsamler. Et varmerør 6 som vil bli beskrevet mer detaljert i det følgende, er også fort gjennom lokket 3 og inn i beholderens indre. Gipstilforselen 4 er forsynt med en måleventil i form av en dreiemater 7 som er forbundet med et gipslager 8. Beholderen er passende varmeisolert som vist ved 9.

Det normale nivå av pulvermaterialet i beholderen når denne er i drift, er vist ved 10. Et utlop for kalsinert materiale er anordnet i form av en ytre overlopsdemning 11 forbundet med et overlopsror 12. Der er også anordnet en ventilforsynt bunnutløps-port 21.

Varmeroret 6 strekker seg nedover hovedsakelig langs en sentral vertikalakse i den koniske beholder 1. Det er åpent ved den nedre ende 13 og munner ut nær beholderens bunn 2. I det nedre parti av veggen er roret også forsynt med symmetrisk uttatte hull 14 for ytterligere underlettelse av fordelingen av varme gasser inn i materialet som kalsineres. Fordelingen av gassene som strommer ut fra roret 6, blir ytterligere forsterket ved bruk av en oppoverragende kjegle 15 av varmebestandig materiale som er plassert på beholderens bunn 2 rett under roråpningen 13.

Dimensjonene på beholderen og den koniske vinkel kan vari-eres i forhold til temperaturen og hastigheten av strommen av varme gasser gjennom roret 6, samt den forutbestemte gjennom-strømning av mineraler for å oppnå den©nskede oppholdstid og materialtemperatur i beholderen og sikre skikkelig omrøring og effektiv varmeoverføring.

Brennstoffgass, f.eks. naturlig gass, tilføres gjennom et rør 16 til en gassbrenner 17 av dyseblande-typen anordnet inne i røret 6 tilnærmet ved nivået 10 for materialet i beholderen. Luft tilføres separat til brenneren gjennom et luftrør 18 fra en vifte 19. Brennstoff/luft-blandingen som strommer ut fra dyseblande-brennere 17, tennes ved hjelp av en gnistsonde 20, og de varme gassformede produkter fra forbrenningen føres nedover gjennom røret 6 og slipper ut fra dette gjennom den åpne ende 13 og hullene 14. En tilførsel av hjelpeluft til varmerøret blir generelt ikke benyttet ved det foreliggende system.

Som vist på fig. 2, blir forbrenningsgass tilført langs en linje 22 via en hovedisoleringsventil 23, en hovedregulator 24

som reduserer linjetrykket til en passende verdi (ved denne spesielle enhet 2,07 N/cm 2) og deretter gjennom en måler 25. Trykket blir deretter overvåket ved hjelp av to trykkbrytere 26 som er innstilt for å bestemme det maksimale og minimale trykk for sikker drift. Strømmen av gass til brenneren styres fra et

sikkerhetsmessig synspunkt ved hjelp av tre utkoblingsventiler, hvorav en (27a) folger trykkbryteren 26, en (27c) ligger i hovedlinjen 28, og en (27b) befinner seg i en pilotlinje 29. Hovedlinjen innbefatter også en ytterligere regulator 31 og en gjennom-stromningsstyreventil 32, og pilotlinjen inneholder et par trykkbrytere 33, sin egen regulator 34 og en begrensningsventil 35. En utluftningsventil 36 forbinder dessuten hovedtilforselslinjen med pilotlinjen 29 og en ventilasjonsventil 37 er forbundet med regulatorene 31 og 34. Der er anordnet manuelle ventiler 38 som vanligvis står åpne, men som kan lukkes for å isolere deler av systemet. Både hovedlinjen 28 og pilotlinjen 29 leverer forbrenningsgass til roret 16 i varmeroret 6.

For oppfyringssekvensen starter, blir utkoblingsventilene 2 7 kontrollert for å sikre at de er lukket og ikke lekker. Når oppfyringssekvensen er startet ved dreining av brennerbryteren, lukker ventilasjonsventilen 37 og en tidtagerenhet i brennerstyre-panelet (ikke vist) overvåker sekvensen under bruk av de to trykkbrytere 33 og 2 6 for å sikre at mellomrommet mellom de tre utkoblingsventiler 27 ikke kommer under trykk ved lekkasje av gass eller luft, og etter 30 sekunder å sikre at når mellomrommet kommer under trykk ved åpning av utluftningsventilen 3 6, så opprettholdes trykket i ytterligere 30 sekunder.

Dersom begge disse kontroller er tilfredsstillende, vil der fremkomme en visuell indikasjon på at kontrollen er fullfort, og at styresyklusen beveger seg til det neste trinn. Dersom en av kontrollene har vist seg å være utilfredsstillende, vil der fremkomme et varselsignal. Etter at kontrollindikatoren kommer til syne, blir der en pause på 5 minutter, hvorunder luft vil rense brenneren og kalsineringssystemet. Når den tid er utlopt, vil en brennerprogrammeringsenhet i styrepanelet starte tennings-sekvensen. En gnist tenner pilotgassen etter åpning av den forste avstengningsventil 27a og en pilotventil 27b, og tilstedeværelsen av flammer detekteres ved hjelp av en flammedetekteringssonde 39 ca. 7,5 cm fra brenneren 17. Dersom en flamme detekteres og den er stabil, vil programmeringsenheten tillate åpning av den annen avstengningsventil 27c, hvilket tenner hovedflammen. På dette punkt lukker ventilasjonsventilen 37 og tillater regulatoren å tre i funksjon. Gassens stromningshastighet styres ved innstil-lingen av gjennornstromningsventilen 32.

Den vertikale stilling av brenneren 17 i roret kan være justerbar for å tillate dannelse av flammen på et hvilket som helst onsket nivå i forhold til beholderen og dennes innhold.

Noen fordeler ved kalsineringsutstyret ifølge den foreliggende oppfinnelse er folgende: 1) Investeringskostnadene for systemet for en gitt kapasitet er lavere enn for kjente kjeler på grunn av beholderens forholdsvis kompakte byggemåte og enkelhet. 2) Enheten trenger ikke røreorganer, og der kan derfor spares mye elektrisk energi. 3) Den termiske virkningsgrad, f.eks. ved 85-90%, er til og med hoyere enn den for oppfinnelsen beskrevet i GB-PS 1 488 665.

4) Vedlikeholdskostnadene vil bli lavere.

5) Oppstartingstiden er meget kortere enn ved en vanlig kjele og utgjor f.eks. ca. 10 minutter.

Med hensyn til produktet er de fysiske egenskaper i tilfellet av kalsinert gips, de samme som hos kalsinert materiale fremstilt i henhold til GB-PS 1 488 665. Mer spesielt, når temperaturen på de varme gasser blir justert slik at temperaturen i det indre av kalsiumsulfatet er ca. 140-170°C, er produktet hovedsakelig fullstendig semihydrat med små mengder oppløst anhydritt og så å si uten gips målt ved differensialtermiske analyser.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte til varmebehandling av kornet materiale, spesielt partikkelformet gips, hvor en varm gass (ved 6) føres inn i retning nedover mot bunnen av et materialskikt for fluidisering av sistnevnte, og ferskt materiale (ved 4) tilføres kontinuerlig til det behandlede materiale som trekkes ut fra topen (10) av skiktet, karakterisert vedat den nedoverrettede gass i området for bunnen (2) av beholderen (1) blir ledet utover i skiktet ved hjelp av et på den uperforerte beholderbunn (2) anordnet fordelingsorgan (15), samtidig som materialet i området for bunnen (2) avgrenses av beholdervegger som konvergerer i retning nedover, og av tilførselsorganet (6) for fluidiseringsgassen, slik at den varme gasstrøm blir påvirket til å divergere og blande seg intimt med materialet ved bunnen av skiktet, og at omrøring av materialet pga. berøring med den varme gass sprer seg gjennom hele skiktvolumet.

2. Apparat til utførelse av en fremgangsmåte til varmebehandling av kornet materiale, spesielt partikkelformet gips, som angitt i krav 1, omfattende en behandlingsbeholder (1) med et innløp (4) ved det øvre parti for tilførsel av det materiale som skal behandles ved fluidisering, et tilførselsrør (6, 16) for tilførsel av varm fluidiseringsgass til det av det tilførte materiale dannede fluidiseringsskikt, samt et utløp (12) ved sideveggen som bestemmer nivået (10) for det dannede skikt, idet sideveggene av beholderen (1) smalner jevnt av fra i det minste det nevnte nivå (10) mot bunnen (2) av beholderen (1), slik at veggene konvergerer i retning nedover, samtidig som tilførselsrøret (6, 16) tillater varm fluidiseringsgass å bli rettet nedover gjennom beholderen (1) og munner ut i bunnområdet,karakterisert vedat bunnen (2) av beholderen på et punkt like under bunnåpningen (13) av tilfør-selsrøret (6) bærer et oppoverrettet indre fremspring (15) som avbøyer gasen, og at den uperforerte bunn (2) av beholderen (1) smalner av inntil den omgir bunnen av tilførselsrøret (6) og fremspringet tilstrekkelig til å sikre fullstendig blanding av gassen og materialet i hele beholderen (1).

3. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert vedat fremspringet (15) ved beholderens bunn (2) utgjøres av en med spissen oppoverragende kjegle (15) av varmebestandig materiale.