SE447475B - Anordning och sett for kalcinering av gips - Google Patents

Description

447 475 mycket av det eldfasta teglet i konventionella ugnar och värme- isolera systemet och på så sätt öka värmeverkningsgraden och redu- cera kapital- och underhållskostnaderna.

Enligt uppfinningen uppnås detta med en anordning för kalcinering av gips, innefatuflmæ ett reaktionskärl med ett inlopp för gips, som skall kalcineras, i den övre delen och ett utlopp för den kalcine- rade produkten i kärlets sidovägg, vilket utlopp bestämmer nivån pâ gipsbädden i kärlet, och ett rör anordnat centralt i kärlet för inmatning av het kalcineringsgas uppifrån, som kännetecknas av att kärlet smalnar av nedåt företrädesvis koniskt och dess sidoväggar omedelbart nedanför rörets mynning via en krökt profil mjukt över- går i en bottendel som uppvisar en uppåtriktad, gasspridande, fö- reträdesvis spetskonformad upphöjning, med spetsen centralt place- rad i rörets mynning, så att en effektiv homogen omblandning och jämn upphettning till kalcinering av materialet i hela bädden upp- u TlaS .

Enligt uppfinningen avses även ett sätt att kalcinera gips genom att införa gips, som skall behandlas, i ett kalcineringskärl ovan- ifrån och bringa det i direkt kontakt med het kalcineringsgas till- förd via ett i kärlet centralt anordnat rör, som kännetecknas av att gipset genom kärlets nedåt-inåt, företrädesvis koniskt, avsmal- nande utformning riktas mot kärlets slutna botten och där under kraftig turbulens träffas av de heta gaserna från rörets mynning, varvid temperaturen på de heta gaserna och mängden tillfört gips anpassas så till varandra, att en temperatur av 140-170°C upprätt- hâlles i gipsbädden, när en hemihydratprodukt önskas och en tempe- ratur av ca 350OC eller däröver, när en vattenfri gipsprodukt öns- kas. Det är tänkt att i de flesta fall den varma gasen kan ge all den värme som erfordras för behandlingen i kärlet nen viss uDnhe++ninn av kärlvëqqarfla kan även ske utan att man gårifrån uppfinnüræms principer.

Genom den föreslagna utformningen av kärlet säkerställas att fast material i nederdelen kan cirkulera uppåt och därigenom åstadkom- ma omröring av hela massan av material i kärlet och effektiv trans- port av värme från gaserna. Bottendelen har en tillräckligt liten tvärsektionsarea i relation till storleken och läget hos varmgas- röret för att säkerställa att gasen som lämnar röret sveper över det partikelformiga materialet tvärs över hela kärlets nederdel och förhindrar ackumulering av värmebehandlat material och slutli- gen blandas i huvudsak hela innehâllet i kärlet.

I”. 447 475 Även om osymmetriskt uppbyggda kärl kan användas är det med hän- syn till kravet på god omröring mest lämpligt att kärlet är i hu- vidsak symmetriskt kring en vertikal axel och upphettningen före- trädesvis företas i huvudsak utmed denna vertikala axel. Ett sär- skilt föredraget kärl har formen av en inverterad kon eller stym- pad kon och närmare bestämt ett kärl, där väggarna divergerar upp- åt i höjd med materialet som behandlas i kärlet.

Formen på bottenregionen i kärlet kan vara cylindrisk om den har tillräckligt liten diameter i förhållande till gasröret för att säkerställa att det fasta materialet inte fastnar utan kan lämna bottenregionen. Ett helt cylindriskt kärl med en sådan diameter är möjligt isynnerhet om vinkeln mellan sidan och basen hyfsas till för att ge ett smidigt flöde, men för att uppnå den erforderliga uppehållstiden för säkerställande av en korrekt värmebehandling i samband med kalcinering, kan det komma att få en höjd som blir oeko- nomisk. Med en övre region med förstorad diameter eller tvärsek- tionsarea nedbringas också den mängd fint material, som går förlo- rat i avgaserna som damm och som kräver separat avskiljning ur av- gaserna. Av denna anledning föredras ett kärl, som i huvudsak har formen av en kon eller stympad kon, även om denna kan vara kombine- rad med en smal cylindrisk bottenregion som omger varmgasrörets nederdel, eller en vid cylindrisk överdel för att underlätta damm- avskiljning.

I den brittiska patentskriften 1 240 655 beskrivs ett sätt och en anordning för kalcinering av granulerad kalk, varvid varma gaser från en konventionell kalcineringsugn av typen fluidiserad bädd cirkuleras till en förvärmningsenhet med formen av ett cylindriskt kärl med en inåt avsmalnande nedre del, varvid gaserna införes ge- nom ett rör, som sträcker sig nedât genom kärlet till en öppen än- de nära basen. Det måste dock framhållas att föreliggande uppfin- ning skiljer sig fundamentalt från denna kända teknik. Medan det är viktigt för föreliggande uppfinnings syften att värmebehandlat material ej tillåts ackumuleras i kärlets nederdel, är detta utan betydelse vid sättet enligt den brittiska patentskriften, där för- värmningsenheten arbetar vid en bråkdel av reaktionstemperaturen och det inte är kritiskt om upphottninqseffektcn när upp till ett visst värde eller är likformig. Förvärmningsenhetens bottenregion 447 475 är ej utformad för att undvika stagnerande zoner. Sannolikheten för ackumulering av finpulvrigt material är påtaglig och för att bli av med detta material rekommenderas att bottenplattan är per- forerad för inmatning av fluidiserande gas.

Det kan också nämnas att anordningen enligt uppfinningen även skall skiljas från reaktorer av typen "spouted bed", där gasen får strömma uppåt genom en öppning vid spetsen av en inverterad kon i nederdelen av reaktionskärlet. Mönstret för flödet av material i anordningen enligt uppfinningen är ett helt annat än i nämnda kän- da reaktortyp.

Kärlets bottenregion är särskilt utformad för att underlätta för- delningen av den varma gasen över bottenytan eller vara försedd med en eller flera invändiga, utskjutande delar eller inlägg för att tjäna detta syfte. Exempelvis kan ett koniskt inlägg vara placerat på kärlets botten med sin spets riktad uppåt mot gasrörets nedre öppning. I kärlets bottendel eller närmare bestämt i anslutning till ovan beskrivna utskjutande delar däri kan bafflar eller virvel- blad anslutas för att förbättra fördelningen och effektiviteten av gasflödet. Det är också fördelaktigt att undvika diskontinuiteter i ytans profil och exempelvis anordna en krökt profil i området mellan bottnen och ett koniskt utformat inlägg.

Gasröret är företrädesvis öppet i sin nedre ände. Dessutom eller alternativt kan det i sin nedre del uppvisa ett antal, företrädes- vis symmetriskt anordnade fördelningshål i sidoväggen. Det kan ock- så uppvisa sidoöppningar längre upp för åstadkommande av upphett- ning eller omröring på denna högre nivå förutsatt att det finns tillräckligt gasflöde i kärlets bottenregion för att undvika acku- mulering av värmebehandlat material.

Gasröret kan vara anslutet till en källa för varmgas vid lämplig temperatur, som kan komma från förbränning av bränsle, t.ex. ol- jegas, brännolja eller stenkol eller utgöras av avgasen från en annan process förutsatt att gasen ej stör den önskade kalqnerings- reaktionen eller produkten.

Gasröret kan alternativt och i många fall företrädesvis i sin öv- rv del vara anslutet till en bränslekälla, där bränslet i sig själv! kan vara gasformigt, och även till en källa för syre och/eller luft, 447 475 i vilket fall röret måste inrymma en brännare för frambringande av varma gasformiga förbränningsprodukter. Brännaren kan vara för- sedd med en förbränningsinitierande anordning, som exempelvis kan vara elektrisk. Bränslet kan exempelvis vara stadsgas eller natur- gas och den förbränningsinitierande anordningen kan omfatta en gnistbildande anordning. Brännaren är företrädesvis placerad i den undre halvan av röret, så att vid användning förbränningen av bräns- let äger rum vid eller under nivån för materialet i kärlet.

Kärlet är företrädesvis utvändigt isolerat mot värmeförluster för att förbättra systemets värmeverkningsgrad. Det är upptill också gärna anslutet till en stoftavskiljare. Vid användning av anord- ningen för kalcinering har det visat sig, att det stoft som uppsam- las, isynnerhet i fallet med gips, till övervägande del är samman- satt av kalcinerat material och i sig självt utgör en värdefull produkt.

Om kärlet skall användas för kontinuerlig drift, är det företrädes- vis utrustat med ett ventilförsett intag för materialet, såsom kalciumsulfatdihydrat, och ett ventilförsett uttag eller överfalls- system för värmebehandlat material. Vilken som helst lämplig tek- nik kan användas för reglerad inmatning av material i kärlet eller för utmatning av material ur kärlet. För att få fram en till ful- lo omsatt och likformig produkt och för att säkerställa en rätt avpassad uppehållstld i reaktionskärlet måste man tillse att en oacceptabel andel icke omsatt eller otillräckligt omsatt material ej när fram till uttaget. Om reaktionen är snabb och uttaget lig- ger tillräckligt långt från intaget (t.ex. i ett kärl med stor dia- meter i höjd med materialets tOpp), kan detta vara tillräckligt.

I många fall är det emellertid lämpligast att åstadkomma en för- längning av vägen mellan intag och uttag. För detta ändamål kan en eller flera bafflar anordnas omkring uttaget eller intaget eller mellan dem eller särskilda rör eller ledningar dras till eller frän uttaget eller intaget och öppningar anordnas vid en lägre ni- vå i kärlet.

Ett överfallssystem kan bestå av en stigledning från kärlets nedre region till en uppsamlingsficka, varifrån utmatat material ström- mar. En sådan stigledning kan fungera effektivt på grund av att mate- rialet i kärlet fluidiserar. Denna fluidisering kan åstadkommas 1 PÛOR i” ”ß 6 uurALlrisr direkt genom gasernas inverkan från gasröret men gaser eller ån- gor avges också direkt av materialet som behandlas och dessa kan medverka till eller till största delen vara ansvariga för materia- lots fluidisorinq i kärlet. Exempelvis förlorar gips vatten under bildning av hemihydrat eller vattenfritt kalciumsulfat och den ut- vecklade vattenångan förorsakar "kokning" av mineralet.

Fluidiseringen av det behandlade materialet i anordningen enligt uppfinningen åstadkommer, vare sig den huvudsakligen beror av den inkommande gasen eller av självfluidisering till följd av utveckla- de ånger, en snabb och effektiv sammanblandning av innehållet och värmetransport och underlättar även utmatningen av produkten vid kontinuerlig drift. Genom denna inverkan är det inte nödvändigt att kärlet utrustas med mekaniska omrörare. Att utrusta kärlet med om- rörare för ytterligare omröring innebär dock inte att man kringgår uppfinningens principer. Även om uppfinningen här beskrivs i anslutning till kontinuerlig drift, för vilket ändamål anordningen är särskilt lämpad, är avsik- ten att uppfinningen även passar för satsvis drift. För detta ända- mål fylls kärlet med materialet som skall behandlas, eventuellt med ett inledande gasflöde, varefter gas av önskad temperatur sprutas in i massan tills processen är fullbordad. Innehållet i kärlet ma- tas sedan ut exempelvis genom en nedtill placerad utmatningslucka.

Den senare är under alla omständigheten en önskvärd utrustningsde- talj och kan användas vid rengöring av kärlet och för tömning av innehållet vid en krissituation. För rengöring och underhåll kan kärlet också vara försett med inspektions- eller mansluckor.

Temperaturen på gasen i gasröret och på gasen som lämnar detsamma kan regleras på flera olika sätt, t.ex. med hjälp av kvantiteten överskottsluft som används vid förbränningen. Alternativt kan en särskild ledning för extraluft kopplas till röret mellan bränna- ren och rörets botten, varigenom extra luft kan införas för att reglera temperaturen på blandningen av luft och förbränningsproduk- ter i röret.

Produktionen av hemihydratgips och anhydrit eller blandningar där- -av kan styras huvudsakligen genom att reglera den effektiva kalci- neringstemperaturen. Om exempelvis temperaturen på massan av kal- ciumsulfat hålls vid ca 140-170°C, utgörs den huvudsakliga kalcine- -Jv 447 475 rade produkten av hemihydrat, medan vid högre temperatur av upp emot ca 35000 eller därövcr dun huvudsakliga produkten är anhydrit.

Om man önskar erhålla enbart anhydrit, kan kalcineringsreaktionen utföras i ett enda steg genom att reglera genommatningshastigheten i relation till gastemperaturen och flödeshastigheten och därigenom upprätthålla en temperatur inom ovan angivna område. Det är emel- lertid också möjligt att genomföra reaktionen i två steg genom att driva en första anordning enligt uppfinningen i det lägre tempera- turområdet för framställning av en hemihydratprodukt och använda en andra anordning vid den högre temperaturen. Med detta arrangemang utvecklas vattenånga i varje steg och kan hjälpa till vid fluidise- ringen och omröringen. Avgaserna från den andra anordningen kan användas för att värma upp innehållet i den första anordningen och all eller en del hemihydratprodukt från den första anordningen kan föras över till den andra. Hemihydrat- och anhydritprodukterna kan användas var för sig eller blandas i önskade proportioner för an- vändning som en blandgipsprodukt.

Uppfinningen är särskilt lämpad för kalcinering av naturgips el- ler kemiskt gips av vilket som helst ursprung, t.ex. syntetiskt gips från framställning av fosforsyra eller från neutralisation av rökgaser eller från hydratisering av naturlig anhydrit.

Uppfinningen belyses närmare nedan i anslutning till bifogade rit- ningsfigurer, av vilka fig. 1 schematiskt visar en anordning enligt uppfinningen med ett koniskt kalcineringskärl lämpat för kalcering av gips och fig. 2 schematiskt visar ett exempel på ett diagram över ett kont- rollsystem för drift av värmeröret i det koniska kärlet i fig. 1.

Under hänvisning till fig. 1 uppvisar kärlet 1 med inverterad ko- nisk form en rund botten 2 med begränsad area och ett lock 3 ut- rustat med ett inmatningsrör 4 för materialet som skall kalcine- ras, t.ex. gipsgflver, och ett utmatningsrör 5 för avgaser anslutet till en-stoftavskiljare (ej visad). Ett gasrör 6 av nedan närmare beskrivet slag löper också genom locket 3 in i kärlets inre. Inmat- ningsröret 4 för gips är försett med en mätventil i form av en vrid- trakt gips. Kärlet är på lämpligt sätt försett med en värmcisolering 9. hur 7, som står i förbindelse med en upplagringspluts 8 för 447 475 Den normala nivån för det pulverformiga materialet i kärlet vid drift är angiven vid 10. Ett uttag för kalcinerat material finns i form av en överfallsficka 11 ansluten till ett avlastningsrör 12. I bottenregionen finns också en utmatningslucka 21.

Gasröret 6 sträcker sig nedåt i huvudsak utmed den centrala verti- kala axeln hos det koniska kärlet 1. Det är öppet vid sin nedre än- de 13 och mynnar nära botten 2 hos kärlet. Röret är i sin nedre del försett med symmetriskt anordnade hål 14 för att ytterligare underlätta fördelningen av varma gaser i materialet som skall kal- cineras. Fördelningen av gaser, som kommer ut ur röret 6, kan yt- terligare förbättras genom att anordna en upprätt kon 15 av värme- beständigt material placerad på bottnen 2 i kärlet direkt under röröppningen 13.

Dimensionerna på kärlet och konvinkeln kan variera i relation till temperaturen och flödeshastigheten på de varma gaserna genom röret 6 och den tänkta genommatningshastigheten för mineralet, så att man uppnår önskad uppehâllstid och temperatur på materialet i kärlet och får till stånd en rätt avpassad sammanblandning och ef- fektiv värmeöverföring.

Gas, t.ex. i form av naturgas, tillföras genom ett rör 16 till en gasbrännare 17 av munstyckstyp placerad inuti röret 6 på ungefär höjden 10 för materialet i kärlet.Luft tillföres separat till brän- nare genom ett luftrör 18 från en luftpump 19. Bränsle/luftbland- ningen som lämnar brännaren 17 antänds av ett tändstift 20 och de varma gasformiga förbränningsprodukterna strömmar nedåt genom röret 6 och lämnar det genom öppningen 13 och hålen 14. Något system för tillförsel av extraluft till gasröret används ej generellt i detta system.

Under hänvisning till fig. 2 tillföres bränslegasen i ledningen 22 via en huvudavstängningsventil 23, en pådragsventil 24, som redu- cerar ledningstrycket till en lämplig nivå (i detta speciella fall 3 psigfä 7 kPà och matas därefter genom en mätarenhet 25. Trycket övervakas sedan med hjälp av två tryckströmställare 26, som är in- ställda för att bestämma maximi- respektive minimitrycket för sä- ker drift. Gasflödet till brännaren regleras ur säkerhetsaspekt av tre avstängningsventiler, av vilka en (27a) följer på tryck- strömställarna 26, en (27b) finns i en huvudledning 28 och en (270) 447 475 finns i en pilotledning 29. Huvudledningen innehåller även ytter- ligare en pådragsventil 31 och en genomströmningen styrande reg~ lerventil 32 och pilotledningen innehåller ett par tryckströmstäl- lare 33, en egen pådragsventil 34 och en strypventil 35. En luft- ventil 36 förbinder ytterligare huvudledningen med pilotledningen 29 och en avluftningsventil 37 är ansluten till pådragsventilerna 31 och 34. Manuella ventiler 38 lämnas vanligen öppna men kan stän- gas för frânkoppling av delar av systemet. Såväl huvudledningen 28 som pilotledningen 29 avlämnar bränslegas till gasröret 16 i röret 6.

Innan man startar kontrolleras att avstängningsventilerna 27 är stängda och ej läcker. När processen startas, vilket sker genom att vrida på strömbrytaren till brännaren, stängs avluftningsven- tilen 37 och en timer-enhet i brännarkontrollpanelen (ej visad) övervakar processen med användning av två tryckströmställare 33 och 26 för att säkerställa att utrymmet mellan de tre avstängnings- ventilerna 27 ej kommer under tryck genom läckage av gas eller luft, och efter 30 sekunder för att säkerställa att när utrymmet kommer under tryck genom öppnande av luftventilen 36 trycket upprätthålles under ytterligare 30 sekunder.

Om båda dessa kontroller inte antyder något fel, anger en visuell indikering detta och kontrollcykeln kan övergå till nästa steg.

Om någon kontroll har visat något fel, framgår detta av en var- ningsindikering. Sedan kontrollindikeringarna klarats av, görs fem minuters paus, under vilken tid luft spolar igenom brännaren och kalcineringssystemet. Efter denna tid startar en brännarprogramme- ringsenhet i kontrollpanelen själva antändningssekvensen. Ett tänd- stift antänder pilotgasen efter öppnande av den första avstäng- ningsventilen 27a och en pilotledningsventil 27b och närvaron av flamma detekteras av en flamdetektor 39 ca 8 cm från brännaren 17.

Om en flamma detekteras och är stabil, kommer programmeringsenhe- ten att tillåta öppnandet av den andra avstängningsventilen 27c för antändning av huvudflamman. Härvid stängs avluftningsventilen 37 och pådragsventilen 31 träder i funktion. Gasflödeshastigheten regleras genom inställning av ventilen 32.

Brännarens 17 vertikala läge i röret kan ändras så att lågan bi|~ das på vilken som helst önskad nivå i förhållande till kärlet och dess innehåll. ,,._....._........._.._~.~........_..........._.... f. .i 447 475 Fördelarna med anordningen enligt uppfinningen är bl.a. att finna i följande: (1) Kapitalkostnaderna för systemet för en given produktionskapa- citet är lägre än för en konventionell ugn på grund av ugnens re- lativa kompakthet och enkla uppbyggnad. (2) Anordningen kräver ingen omrörare och därigenom besparas elekt- risk energi. (3) Värmeverkningsgraden, t.ex. 85-90%, är ännu högre än med den i den brittiska patentskriften 1 488 665 beskrivna anordningen. (4) Underhållskostnaderna blir lägre. (5) Starttiden är mycket kortare än med en konventionell ugn och är vanligen ca 10 minuter.

Vad beträffar den erhållna slutprodukten överensstämmer de fysi- kaliska egenskaperna i fallet med'kalcinerad gips med egenskaperna hos motsvarande produkt som framställts enligt den brittiska pa- tentskriften 1 488 665. När sålunda temperaturen på den heta gasen inställs så att temperaturen i det inre av kalciumsulfatet ligger vid ca 140-17OOC, utgörs produkten till övervägande del av hemihyd- rat med ringa mängd löslig anhydrit och nästan ingen gips, uppmätt genom differentialtermoanalys. är

Claims (2)

447 475 11 Patentkrav

1. Anordning för kalcinering av gips. innefattande ett reak- tionskärl (1) med ett inlopp (4) för gips, som skall kalcine- ras, i den övre delen och ett utlopp (12) för den kalcinerade produkten i kärlets sidoväqg. vilket utlopp (12) bestämmer nivån på gipsbädden (10) i kärlet. och ett rör (6) anordnat centralt i kärlet för ínmatning av het kalcineringsgas upp- ifrån. k ä n n e t e c k n a d av att kärlet (1) smalnar av nedåt företrädesvis koniskt och dess sidoväggar omedelbart nedanför rörets (6) mynning via en krökt profil mjukt övergår i en bottendel (2) som uppvisar en uppåtriktad. gasspridande. företrädesvis spetskonformad upphöjning (15), med spetsen centralt placerad i rörets (6) mynning. så att en effektiv homogen omblandning och jämn upphettning till kalcineríng av materialet i hela bädden uppnås.

2. Sätt att kalcinera gips genom att införa gips. som skall behandlas. i ett kalcineringskärl ovanifrån och bringa det i direkt kontakt med het kalcineringsgas tillförd via ett i kärlet centralt anordnat rör. k ä n n e t e c k n a t av att gipset genom kärlets nedåt-inåt. företrädesvis koniskt, av- smalnande utformning riktas mot kärlets slutna botten (2) och där under kraftig turbulens träffas av de heta gaserna från rörets (6) mynning. varvid temperaturen på de heta gaserna och mängden tillfört gips anpassas så till varandra att en tempe- ratur av l40 - 170°C upprätthålles i gipsbädden när en hemi- hydratprodukt önskas och en temperatur av ca 350°C eller där- över när en vattenfri gipsprodukt önskas.