Устройство приготовления минеральных смесей

Полезная модель относится к области устройств приготовления минеральных смесей некальцинированных, и полностью или частично кальцинированных минералов, в том числе: 3х видов гипса (полуводный бета-модификации, гипсовый ангидрит; эстрих-гипс), метакаолин, кальциевую известь; безобжиговые минеральные порошки.

Полезная модель позволяет снизить капитальные затраты и уменьшить эксплуатационные расходы при получении минеральных смесей.

Заявленные цели достигаются заменой многостадийных циклонных подогревателей и печей кальцинации на аэрофонтанный подогреватель, аэрофонтанное сушило, и подачей всего объема технологического воздуха через аэрофонтанную печь кальцинации, а также установкой двух разветвителей потока осушенного материала до (по ходу кальцинируемого материала) аэрофонтанной печи кальцинации.

Полезная модель относится к области устройств приготовления минеральных смесей некальцинированных, и полностью или частично кальцинированных минералов.

Известно большое семейство различных устройств для приготовления гипсовых вяжущих веществ (Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник. Под общей редакцией А.В.Ферронской. - М.: Издательство АСВ, 2004 г., 488 с., с илл.), таких как: аппараты с косвенным обогревом материала (гипсоварочные котлы и вращающиеся печи с наружным обогревом); аппараты с непосредственным контактом обжигаемого материала с дымовыми газами (вращающиеся печи с проходом газов через полость барабана и аппараты для обжига сырья во взвешенном состоянии (аэробильные шахтные и шаровые мельницы совмещенного помола и обжига)); автоклавы; самозапарочные аппараты; демпферы; котлы (реакторы).

Недостатком этих устройств является то, что на выходе из них получается кальцинированный материал заданной степени кальцинации. Изменяя режим кальцинации можно изменять эту степень, но невозможно за одну технологическую операцию получить смесь материалов с различной степенью кальцинации. Для получения таких смесей необходимо процесс или распараллеливать, изготавливая одновременно на разных наборах оборудования компоненты смесей с последующим их смешением, или чередовать, изготавливая на одном и том же наборе оборудования, но в разное время материалы с разной степенью кальцинации, накапливая их в бункерах перед последующим смешением. Оба подхода резко усложняют технологический процесс, удорожают оборудование, ухудшают качество конечного продукта.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является устройство для кальцинации гипса (патент США 4668182). Устройство содержит: подогреватель для нагрева подлежащего кальцинации сырья, содержащий вход для подогревающих газов, вход для сырья и выход для подогретого гипса; печь, содержащую вход для подогретого гипса, соединенный с выходом подогревателя, генератор горячих газов для, как минимум, частичной кальцинации гипса, выход для горячего частично кальцинированного гипса и выход для горячих газов, соединенный со входом горячих газов нагревателя; холодильник для охлаждения кальцинированного гипса, содержащий вход для горячего частично кальцинированного гипса, соединенный с выходом печи для частично кальцинированного гипса, вход для охлаждающих газов, обеспечивающий теплообмен между горячим кальцинированным гипсом и охлаждающим газом в холодильнике при котором горячий кальцинированный гипс охлаждается, а охлаждающий газ нагревается, выход для охлажденного кальцинированного гипса и выход для нагретого охлаждающего газа, соединенный со входом подогревателя для горячего подогревающего газа. Печь включает в себя стационарный объем, камеру сгорания для приготовления горячих газов, упомянутый объем имеет нижний ввод для горячих газов, соединенный с камерой сгорания, и верхний вывод для горячих газов и увлекаемого ими частично обожженного гипса, сепаратор газ-частицы для отделения частиц частично обожженного гипса от горячих газов, тесно связанный с выходом стационарного объема и имеющий выход для горячих газов, соединенный со входом подогревателя для горячих газов, и выход для частиц частично обожженного гипса. В устройстве опционально предусмотрена рециркуляция части частично обожженного гипса с выхода сепаратора газ-частицы печи на вход печи для подогретого гипса для дальнейшей кальцинации. Подогреватель печи содержит как минимум пару последовательно установленных сепараторов газ-частицы для поочередного увлечения подлежащего кальцинации сырья и отделения сырья от подогревающих газов. Холодильник также содержит как минимум пару последовательно установленных сепараторов газ-частицы для поочередного увлечения охлаждающим газом горячих частично обожженных частиц гипса и отделения охлажденного гипса от охлаждающего газа. Для организации рециркуляции частично обожженного гипса устройство содержит разветвитель для выгрузки порций частично обожженного гипса из устройства. Для рециркуляции частично обожженного газа в устройстве предусмотрен трубопровод, соединяющий выход сепаратора газ-частицы с выходом камеры сгорания.

Недостатками этого устройства являются: невозможность в один и тот же момент времени производить смесь кальцинированных материалов с разной степенью кальцинации; низкая эксплуатационная экономичность, обусловленная тем, что воздух из холодильника поступает в подогреватель минуя камеру сгорания, что требует сжигания топлива в камере сгорания с дополнительными затратами воздуха на горение и топлива на подогрев этого воздуха; высокая стоимость оборудования, связанная с установкой избыточного количества сепараторов газ-частицы в подогревателе.

Основной задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание недорогого экономичного устройства приготовления минеральных смесей, позволяющего в каждый момент времени производить смесь кальцинированных веществ с различной степенью кальцинации, в том числе некальцинированных вовсе.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве кальцинации гипса используется многостадийный циклонный холодильник, аэрофонтанная печь кальцинации и аэрофонтанный же подогреватель, первый разветвитель, установленный между циклоном-осадителем подогретого материала, осаждающим подогретое сырье, и вводом сырья в аэрофонтанную печь кальцинации, с одной стороны, и вводом в многостадийный циклонный холодильник, с другой стороны, и второй разветвитель, установленный между выходом накопителя осушенного сырья и входом твердой фазы аэрофонтанного подогревателя, и накопительным бункером. Сушка сырья выполняется в совмещенной мельнице-сушилке потоком горячих газов из аэрофонтанного подогревателя, причем отделение высушенных частичек сырья, увлекаемых газами из мельницы-сушилки, производится в пылеуловителе, состоящем из последовательно установленных циклонов и рукавного фильтров.

На фиг.1 представлено устройство кальцинации гипса. Устройство кальцинации гипса содержит дымосос 1, рукавный фильтр 2 со сборным конвейером 3, бункер сырья 4, первый разветвитель 5, многостадийный циклонный холодильник 6, напорный вентилятор 7 и накопительный бункер 8, причем входной патрубок дымососа 1 соединен с выходом газовой фазы рукавного фильтра 2, под выходами твердой фазы которого установлен сборный конвейер 3, второй выход первого разветвителя 5 соединен со входом твердой фазы многостадийного циклонного холодильника 6, и второй выход напорного вентилятора 7 соединен со входом газовой фазы многостадийного циклонного холодильника 6, а выход твердой фазы многостадийного циклонного холодильника 6 соединен течкой (не показано) с накопительным бункером 8, а также первый 9 и второй 10 циклоны грубой очистки, накопительный бункер осушенного сырья 11, второй разветвитель 12, мельницу-сушилку 13, циклон-осадитель 14, аэрофонтанный подогреватель 15 и аэрофонтанную печь кальцинации 16, причем вход пылегазовой смеси рукавного фильтра соединен трубопроводом 17 с выходом газовой фазы второго циклона грубой очистки 10, вход пылегазовой смеси второго циклона грубой очистки 10 соединен трубопроводом 18 с выходом газовой фазы первого циклона грубой очистки 9, вход пылегазовой смеси первого циклона грубой очистки 9 соединен трубопроводом 19 с выходом газовой фазы мельницы-сушилки 13, сборный конвейер 3 и выходы твердой фазы первого 9 и второго 10 циклонов грубой очистки течками (не показано) соединены с накопителем осушенного сырья 11, выход накопителя сырья 4 соединен течкой (не показано) со входом твердой фазы мельницы-сушилки 13, вход газовой фазы которой соединен трубопроводом 20 с выходом газовой фазы циклона-осадителя 14, вход пыле-газовой смеси циклона-осадителя 14 соединен трубопроводом 21 с выходом аэрофонтанного подогревателя 15, вход твердой фазы которого соединен механическим питателем (не показан) со вторым выходом второго разветвителя 12, причем первый выход второго разветвителя 12 соединен течкой (не показано) с накопительным бункером 8, а вход второго разветвителя 12 соединен течкой (не показано) с выходом накопителя осушенного сырья 11, вход пылегазовой смеси аэрофонтанного подогревателя 15 соединен трубопроводом 22 с выходом аэрофонтанной печи кальцинации 16, вход газовой фазы которой соединен трубопроводом 23 с первым выходом напорного вентилятора 7, а вход пылегазовой смеси которой соединен трубопроводом 24 с выходом газовой фазы многостадийного циклонного холодильника 6, на этот же вход аэрофонтанной печи кальцинации 16 подается топливо (природный газ), причем вход первого разветвителя 5 соединен с выходом твердой фазы циклона-осадителя 14, первый выход первого разветвителя 5 соединен с трубопроводом 24, соединяющим выход газовой фазы многостадийного циклонного холодильника 6 со входом пылегазовой смеси аэрофонтанной печи кальцинации 16. В многостадийном циклонном холодильнике 6 используются первый 25, второй 26 и третий 27 циклоны и первый 28, второй 29 и третий 30 трубопроводы, причем выход газовой фазы первого циклона 25 является выходом газовой фазы многостадийного циклонного холодильника 6, первый трубопровод 28 соединяет выход газовой фазы второго циклона 26 со входом пылегазовой смеси первого циклона 25 и одновременно соединен со входом твердой фазы многостадийного циклона-осадителя 6, второй трубопровод 29 соединяет выход газовой фазы третьего циклона 27 со входом пылегазовой смеси второго циклона 26 и одновременно соединен с выходом твердой фазы первого циклона 25, третий трубопровод 30 соединяет вход охлаждающего воздуха многостадийного циклонного холодильника 6 со входом пылегазовой смеси третьего циклон 27 и одновременно с выходом твердой фазы второго циклона 26, а выход твердой фазы третьего циклона 27 является выходом твердой фазы многостадийного циклонного холодильника 6.

На фиг.1 направления движения твердой фазы показаны сплошными стрелками, а газовой фазы - пунктирными стрелками.

Устройство работает следующим образом.

Кальцинируемый материал накапливается в бункере сырья 4, откуда питателем подается в мельницу-сушилку 13. В мельнице-сушилке 13 из сырья удаляется свободная и (частично) кристаллогидратная влага, происходит измельчение сырья до необходимой крупности. Сушка сырья происходит интенсивно в потоке горячих газов, приходящих со стадии подогрева сырья из циклона-осадителя 14. Подсушенное и измельченное сырье уносится из мельницы-сушилки 13 газовым потоком и вместе с ним попадает в систему газоочистки. Крупность уносимого сырья регулируется скоростью потока газов на выходе из мельницы-сушилки 13. Частицы крупнее требуемого размера возвращаются в мельницу мельницы-сушилки 13. Крупность сырья на входе в сушилку мельницы-сушилки 13 не должна превышать 50 мм. Основная фракция материала после помола должна быть в диапазоне от 0,04 до 4 мм. Сушилка мельницы-сушилки может иметь различные типы, предназначенные для работы с материалом с крупностью 0,04 до 20 мм, например: труба-сушилка, сушилка кипящего слоя, аэрофонтанная сушилка, шахтная сушилка.

Газоочистка состоит из первого 9 и второго 10 циклонов грубой очистки и рукавного фильтра 2, и соединяющих их трубопроводов 17, 18, 19, и обеспечивает остаточное содержание пыли в составе отходящих газов не более 20 мг/м³. Газы через систему очистки проходят под разрежением, создаваемым дымососом 1. В случае если дымосос 1 не применяется, газы проходят через аппараты газочистки под давлением, создаваемым напорным вентилятором 7. Уловленные в системе газоочистки частички пыли (сырьевая мука) собираются в накопителе осушенного сырья 11.

Из накопительного бункера осушенного сырья 11 сырьевая мука поступает во второй разветвитель 12, откуда выгружается как годный продукт в накопительный бункер 8, или механическим питателем подается в аэрофонтанный подогреватель 15, где нагревается за счет тепла отходящих газов аэрофонтанной печи кальцинации 16. Распределение потоков осушенного сырья между первым и вторым выходом второго разветвителя 12 определяется положением его регулирующего элемента.

Из аэрофонтанного подогревателя 15 газы вместе с уносимым ими материалом поступают в циклон-осадитель 14, в котором подогретая сырьевая мука осаждается. На выходе из циклона-осадителя 14 сырьевая мука делится на два потока с помощью первого разветвителя 5. Один из потоков поступает на вход твердой фазы многостадийного циклонного холодильника 6, а другой поток подмешивается к воздуху, выходящему из выхода газовой фазы многостадийного циклонного холодильника 6, и вместе с ним поступает на вход пылегазовой фазы аэрофонтанной печи кальцинации 16. Распределение потоков сырьевой муки между первым и вторым выходом разветвителя 5 определяется положением его регулирующего элемента.

В аэрофонтанной печи кальцинации 16 происходит сжигание топлива. Воздух для горения поступает в аэрофонтанную печь кальцинации 16 двумя путями: часть воздуха подается непосредственно от напорного вентилятора 7 по трубопроводу 23 и представляет собой чистый атмосферный воздух; другая часть поступает из многостадийного циклонного холодильника 6 по трубопроводу 24 и содержит в себе частички твердой фазы. В составе твердой фазы, поступающей в печь кальцинации, присутствует уже кальцинированный материал (побывавший в аэрофонтанной печи кальцинации 16 ранее) и не кальцинированный (ранее не проходивший через аэрофонтанную печь кальцинации 16). Массовая доля уже кальцинированного материала в составе твердой фазы на входе в аэрофонтанную печь кальцинации 16 может изменяться в диапазоне от 0 до 90%. В аэрофонтанной печи кальцинации 16 достигаются наивысшие температуры и завершаются физико-химические превращения в частичках твердого материала. Газы из аэрофонтанной печи кальцинации 16 совместно с кальцинированным материалом поступают в аэрофонтанный подогреватель 15.

На охлаждение поступает мука из циклона-осадителя 14, стоящего по ходу движения газов после аэрофонтанного подогревателя 15. Охлаждение происходит за счет атмосферного воздуха, который нагревается, забирая тепло у материала. В рассматриваемой конструкции охлаждение организовано в многостадийном циклонном холодильнике 6, состоящем из последовательно установленных циклонов 25, 26, 27. Воздух в многостадийный циклонный холодильник 6 подается от напорного вентилятора 7.

Охлажденный продукт из холодильника поступает и накапливается в накопительном бункере 8. Туда же в зависимости от режима работы поступает часть осушенного сырья из первого распределителя 12. При недостаточно низкой температуре продукта в бункере 8 может использоваться дополнительный холодильник для завершения охлаждения продукта.

Устройство позволяет получать смеси различной степени кальцинированных материалов, в том числе получать одновременно полуводный гипс и высокообжиговый ангидрит, причем один продукт получается при температурах не выше 150°С, а другой в результате кальцинации при температурах выше 750°С, в то время как аналоги позволяют получить только продукт с однородным составом, кальцинированный при одной и той же температуре. Такой эффект достигается за счет того, в устройство входят три тепловых агрегата: мельница-сушилка, аэрофонтанный подогреватель и аэрофонтанная печь кальцинации, каждому из которых характерна своя температура тепловой обработки На выходе мельницы-сушилки реализуется температура около 120-150°С. В аэрофонтанной печи кальцинации на входе и на выходе температура примерно одинакова за счет того, что сжигание газа (экзотермические реакции) и удаление кристаллической влаги протекают одновременно практически во всем пространстве аэрофонтанной печи кальцинации, и температура во всем объеме различается не более чем на 100°С. Фактическая температура в печи кальцинации в зависимости от вида обжигаемого сырья и требований к конечной продукции может составлять от 850 до 1100°С. В аэрофонтанном подогревателе температура снижается с 750-1000°С на входе до 400-500°С на выходе, составляя в среднем около 550-700°С. Так что, материал, который прошел только через мельницу-сушилку и был выгружен из установки после второго разветвителя 12, подвергся кальцинации только при 120-150°С; тот, который попал в аэрофонтанный подогреватель и был направлен в многостадийный циклонный холодильник после первого разветвителя 5, подвергается кальцинации при температуре около 550-700°С; а тот, который прошел через аэрофонтанную печь кальцинации, подвергся кальцинации при 850-1100°С. В целом, устройство предоставляет возможность получения 6-ти видов продуктов: 3х видов гипса (полуводный гипс бета-модификации, гипсовый ангидрит, эстрих-гипс), метакаолинит (Al₂О3*2SiО₂), кальциевую известь; безобжиговый минеральный порошок (прошедший только мельницу-сушилку). Совмещение мельницы и сушилки в одном устройстве «мельница-сушилка» дает возможность получение указанных продуктов с крупностью не выше 90%-150 мкм при крупности исходного сырья до 25 мм и исходной влажностью до 20% с измельчением в одну стадию (обычно для этого требуется 2 стадии измельчения и 2 стадии сушки).

Уменьшение количества стадий помола и сушки вместе с уменьшением избытка подаваемого воздуха обуславливает уменьшение эксплуатационных расходов устройства по отношению к прототипам/аналогам, а использование аэрофонтанного сушила вместо многостадийного циклонного подогревателя, совмещение мельницы и сушилки в одном устройстве «мельница _-сушилка» и возможность получения готовых смесей без использования дополнительных устройств накопления и смешения обожженных продуктов снижает величину капитальных затрат

1. Устройство приготовления минеральных смесей, содержащее дымосос, рукавный фильтр со сборным конвейером, бункер сырья, первый разветвитель, многостадийный циклонный холодильник, напорный вентилятор и накопительный бункер, причем входной патрубок дымососа соединен с выходом газовой фазы рукавного фильтра, под выходами твердой фазы которого установлен сборный конвейер, второй выход первого разветвителя соединен со входом твердой фазы многостадийного циклонного холодильника, и второй выход напорного вентилятора соединен со входом газовой фазы многостадийного циклонного холодильника, а выход твердой фазы многостадийного циклонного холодильника соединен течкой с накопительным бункером, отличающееся тем, что в него включены первый и второй циклоны грубой очистки, накопительный бункер осушенного сырья, второй разветвитель, мельница-сушилка, циклон-осадитель, аэрофонтанный подогреватель и аэрофонтанная печь кальцинации, причем вход пылегазовой смеси рукавного фильтра соединен трубопроводом с выходом газовой фазы второго циклона грубой очистки, вход пылегазовой смеси второго циклона грубой очистки соединен трубопроводом с выходом газовой фазы первого циклона грубой очистки, вход пылегазовой смеси первого циклона грубой очистки соединен трубопроводом с выходом газовой фазы мельницы-сушилки, сборный конвейер и выходы твердой фазы первого и второго циклонов грубой очистки течками соединены с накопителем осушенного сырья, выход накопителя сырья соединен течкой со входом твердой фазы мельницы-сушилки, вход газовой фазы которой соединен трубопроводом с выходом газовой фазы циклона-осадителя, вход пылегазовой смеси циклона-осадителя соединен трубопроводом с выходом аэрофонтанного подогревателя, вход твердой фазы которого соединен механическим питателем со вторым выходом второго разветвителя, причем первый выход второго разветвителя соединен течкой с накопительным бункером, а вход второго разветвителя соединен течкой с выходом накопителя осушенного сырья, вход пылегазовой смеси аэрофонтанного подогревателя соединен трубопроводом с выходом аэрофонтанной печи кальцинации, вход газовой фазы которой соединен трубопроводом с первым выходом напорного вентилятора, а вход пылегазовой смеси которой соединен трубопроводом с выходом газовой фазы многостадийного циклонного холодильника, на этот же вход аэрофонтанной печи кальцинации подается топливо (природный газ), причем вход первого разветвителя соединен с выходом твердой фазы циклона-осадителя, первый выход первого разветвителя соединен с трубопроводом, соединяющим выход газовой фазы многостадийного циклонного холодильника со входом пылегазовой смеси аэрофонтанной печи кальцинации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в многостадийном циклонном холодильнике используются первый, второй и третий циклоны и первый, второй и третий трубопроводы, причем выход газовой фазы первого циклона является выходом газовой фазы многостадийного циклонного холодильника, первый трубопровод соединяет выход газовой фазы второго циклона со входом пылегазовой смеси первого циклона и одновременно соединен со входом твердой фазы многостадийного циклона-осадителя, второй трубопровод соединяет выход газовой фазы третьего циклона со входом пылегазовой смеси второго циклона и одновременно соединен с выходом твердой фазы первого циклона, третий трубопровод соединяет вход охлаждающего воздуха многостадийного циклонного холодильника со входом пылегазовой смеси третьего циклона и одновременно с выходом твердой фазы второго циклона, а выход твердой фазы третьего циклона является выходом твердой фазы многостадийного циклонного холодильника.