專利名稱：超細高嶺土煅燒用的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明領(lǐng)域本實用新型涉及超細高嶺土煅燒用的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐。
背景技術(shù)：
高嶺石(土)是一種非金屬粘土礦物，經(jīng)煅燒后的高嶺土是一種應(yīng)用廣泛的優(yōu)質(zhì)工業(yè)原料，其粒度為微米或亞微米級的粉體，可用作塑料、橡膠、造紙等的填料和造紙、建筑、汽車等涂料的原料。如今，世界上的高嶺土年消耗量在逐年增加，屬大噸位規(guī)模的精細化工產(chǎn)品。
根據(jù)高嶺土產(chǎn)品的用途不同，對高嶺土產(chǎn)品的粒度有不同要求，如作填料用的高嶺土應(yīng)小于45μm、小于15μm或小于8μm，而作涂料用的高嶺土的粒度則通常是90％以上小于2μm，最好是95％以上小于2μm，而且有盡可能高的白度。為了得到高白度的產(chǎn)品，需將礦石粉磨至小于15μm、足夠高的煅燒溫度和足夠長的煅燒時間。另外，高嶺石(土)的原料類型不同對煅燒工藝技術(shù)的要求也有所不同。我國高嶺石(土)儲量豐富，其類型主要有三種風化型、沉積型和熱液變質(zhì)型。其中尤以沉積型煤系高嶺石(土)的儲量大，質(zhì)量好，但含碳高，使得煅燒工藝的脫碳、去雜的技術(shù)難度大。因而要求高嶺土的煅燒工藝技術(shù)有較寬的適應(yīng)性。
現(xiàn)有技術(shù)中煅燒高嶺土粉料的設(shè)備有固定床式靜態(tài)煅燒設(shè)備、移動層煅燒設(shè)備、攪拌式煅燒設(shè)備、流態(tài)化和氣流旋渦煅燒設(shè)備。
固定床式靜態(tài)煅燒設(shè)備有倒焰窯式、隧道窯式或豎窯式[CN1055526A，CN1186045A，CN2261427Y，CN2278692A]，是將裝有高嶺土粉料的匣缽或風干的高嶺土粉料泥坯置于倒焰窯、隧道窯或豎窯中直接進行煅燒；不管是使用倒焰窯、隧道窯還是豎窯，其煅燒窯內(nèi)溫度場不均勻，料層或坯塊內(nèi)外因傳熱不良而存在明顯的溫度差，因而導致高溫“過燒”低溫“欠燒”，產(chǎn)品質(zhì)量不均勻，難以得到穩(wěn)定、合格的產(chǎn)品；而且生產(chǎn)周期長達數(shù)天或更長，生產(chǎn)效率低，間歇操作，勞動強度大，不能滿足煅燒高嶺土作為大噸位規(guī)模精細化工產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝要求。
移動層煅燒設(shè)備有直燃式、內(nèi)熱式或隔焰式回轉(zhuǎn)窯[CN1059745A，CN1417114A]，是將高嶺土粉料置于直燃式、內(nèi)熱式或隔焰式回轉(zhuǎn)窯中進行滾動煅燒；攪拌式煅燒設(shè)備[CN2529869Y]和國外的多膛爐煅燒設(shè)備[US4948362]是將高嶺土粉料通過機械翻動進行煅燒。與固定床式煅燒設(shè)備相比，回轉(zhuǎn)窯式煅燒設(shè)備和機械翻動式煅燒設(shè)備的傳熱有所改善，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，但依然存在因氣固接觸差、傳熱不良而導致產(chǎn)品質(zhì)量不均勻，生產(chǎn)調(diào)控難，質(zhì)量不穩(wěn)定，熱能利用不充分，燃料消耗高，生產(chǎn)成本高，隔焰式回轉(zhuǎn)窯需用特殊鋼材，單位投資大，維修難，特別是回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)能力小，單臺年生產(chǎn)能力不足萬噸，而且難以放大，不能滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的要求。
氣流旋渦煅燒設(shè)備也稱波斯瓊斯氣流式旋渦爐以及懸浮煅燒設(shè)備，在流動、傳熱方面相對于上述技術(shù)有很大的改進，但在用于高嶺土的煅燒時，現(xiàn)有的氣流旋渦設(shè)備和懸浮煅燒裝置，采用高速氣流使粉料成稀相旋流或懸浮，因而床層物料濃度低，存料量少，很難獲得足夠長的煅燒時間以保證充分煅燒和產(chǎn)品的白度，因而至今還未見有用于煤系高嶺土煅燒生產(chǎn)的成功實例。
在US5674315專利中公開了一種造粒流態(tài)化煅燒工藝，為避免上述氣流懸浮煅燒的不足，將經(jīng)干燥脫水的0.1～50μm的干粉，再噴水15～20％造粒，制成0.1～3mm的顆粒后，再進行流化床進行流態(tài)化煅燒。但是此方法需噴水造粒，工藝復雜，也增加了額外的燃料消耗；粗粒(～3mm)煅燒，傳熱速率大為降低，生產(chǎn)效率下降；粗顆粒內(nèi)外溫度差大，導致煅燒不均，限制產(chǎn)品質(zhì)量的提高；雖然設(shè)有部分顯熱回收裝置，但回收不充分，利用程度有限。
此外，現(xiàn)有煅燒高嶺土的煅燒設(shè)備對高溫煙氣和煅燒料的顯熱回收利用大多沒有考慮，至少沒有充分考慮，或采用的技術(shù)手段不夠有效，因而單位燃料消耗多，生產(chǎn)成本高。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的煅燒設(shè)備的傳熱速率很低，料層溫差很大，煅燒轉(zhuǎn)化程度不同，產(chǎn)品質(zhì)量不均勻，而且煅燒過程很長，生產(chǎn)效率很低，生產(chǎn)規(guī)模很??；微粉造粒流態(tài)化煅燒工藝復雜，增加了額外的附加燃料消耗，單位燃料消耗高，生產(chǎn)成本高，設(shè)備投資大；粗粒煅燒導致顆粒內(nèi)外質(zhì)量不均、煅燒時間延長、生產(chǎn)效率下降；另外，它們共同的不足是高溫固體煅燒料和高溫煙氣的顯熱回收不充分。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有的高嶺土煅燒設(shè)備中存在的傳熱速率低、產(chǎn)品質(zhì)量不均勻、煅燒過程長、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)規(guī)模小、高溫固體煅燒料和高溫煙氣的顯熱回收不充分、單位燃料消耗高、生產(chǎn)成本高等缺陷，從而提供一種氣固接觸良好，煅燒溫度均一，產(chǎn)品質(zhì)量均勻、穩(wěn)定；可以充分利用煅燒過程的余熱，大幅度降低燃料消耗；熱、質(zhì)傳遞快，煅燒反應(yīng)迅速，可以大幅度提高生產(chǎn)效率；生產(chǎn)成本低、能大規(guī)模生產(chǎn)的超細高嶺土煅燒用的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐。
本實用新型的技術(shù)方案如下本實用新型提供的超細高嶺土煅燒用的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐，包括由內(nèi)襯耐火材料的鋼制圓柱形上部筒體121和與其下端相連通的倒圓錐形下部筒體122構(gòu)成的流態(tài)化床12，所述倒圓錐形下部筒體122的下端連通有圓筒形氣室19，倒圓錐形下部筒體122下端與氣室19之間設(shè)有氣體分布板18；所述倒圓錐形下部筒體122的四周設(shè)有供燃料噴入的燃料噴嘴17和煅燒料的排放管20a，所述鋼制圓柱形上部筒體121上部筒體壁上設(shè)有供與旋風分離器13相連通的連接管131；其下部筒體壁上設(shè)有進料管11和返料管15，所述圓柱形上部筒體121筒體壁四周設(shè)有二次空氣噴入管16；旋風分離器13通過其料腿131與排料控制閥14相連通，然后通過返料管15與分流式排料控制閥14連通；所述氣室19的下端設(shè)有預(yù)熱空氣進氣管23；所述倒圓錐形下部筒體122的錐度為25-35°；所述排料控制閥14為分流式排料控制閥。
使用時，將本實用新型的煅燒爐設(shè)于超細高嶺土煅燒系統(tǒng)中，該煅燒系統(tǒng)由以下部分組成(1)原料預(yù)熱部分用氣力提升加料機將粒度0.05～45μm的高嶺土生粉料提升送入氣固旋風預(yù)熱系統(tǒng)中預(yù)熱至500-850℃；(2)生料煅燒部分將經(jīng)預(yù)熱后的高嶺土生粉料由本實用新型的流態(tài)化煅燒爐的下部送入煅燒爐，同時向煅燒爐中通入合成煤氣、天然氣或液化石油氣氣體燃料或輕或重燃料油液體燃料；從煅燒爐的底部風室送入經(jīng)預(yù)熱的一次空氣與通入的燃料在煅燒爐中燃燒并在其下部形成所需還原性氣氛的煅燒區(qū)，還原區(qū)氣氛中(CO+H2)的體積百分含量為0-10％；從煅燒爐還原區(qū)上部送入二次空氣將還原區(qū)殘留的CO+H2完全燃燒；煅燒爐中的氣流速度為1-6米/秒，使高嶺土粉料形成快速流態(tài)化，在700-1100℃的溫度下進行循環(huán)煅燒0.3-3小時，得到煅燒高嶺土；(3)焙料冷卻部分將煅燒高嶺土粉料由流態(tài)化煅燒爐的下部排入旋風冷卻系統(tǒng)中冷卻至60-100℃；(4)混磨解聚將冷卻后的高嶺土粉料經(jīng)混磨解聚，即制得本發(fā)明的超細高嶺土粉。
其原料預(yù)熱部分(1)中所述的對高嶺土生粉料的預(yù)熱是在二級氣固逆流串聯(lián)的旋風預(yù)熱器中進行；其焙料冷卻部分(3)中所述的對煅燒后的高嶺土粉料的冷卻是在三級氣固逆流串聯(lián)的旋風冷卻器中進行；其生料煅燒部分(2)中使用的是本實用新型的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐；其煅燒溫度根據(jù)煅燒料的不同而不同，如果煅燒料為軟質(zhì)非煤系高嶺石時，其生料煅燒部分(2)中的煅燒溫度為700℃～850℃；如果煅燒料為煤系高嶺石時，其生料煅燒部分(2)中的煅燒溫度為850℃～950℃，并以900℃～950℃為最佳；其生料煅燒部分(2)的煅燒氣氛是通過控制給入燃料量和一次風/二次風的空氣比例來調(diào)節(jié)的，在快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐的下部形成中性、還原性氣氛的煅燒區(qū)，在流態(tài)化煅燒爐的上部形成氧化性氣氛的煅燒區(qū)，中性、還原性氣氛的煅燒區(qū)的床層高度由相應(yīng)礦物所需的煅燒時間確定。
本實用新型的超細高嶺土煅燒用的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐與現(xiàn)有高嶺石(土)煅燒設(shè)備相比，具有如下優(yōu)點1)細粉體高嶺石(土)直接入爐、不需造粒的快速循環(huán)流化床煅燒爐煅燒，工藝簡單，氣固接觸好，熱、質(zhì)傳遞快，煅燒反應(yīng)迅速，大幅度地提高了反應(yīng)器的生產(chǎn)效率和熱效率，使單臺煅燒爐的年生產(chǎn)能力可達到10萬噸級規(guī)模，實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
2)煅燒爐內(nèi)溫度均一，煅燒時間和煅燒氣氛可調(diào)，物料轉(zhuǎn)化均勻，反應(yīng)完全，消除傳統(tǒng)煅燒工藝出現(xiàn)的“欠燒”和“過燒”現(xiàn)象，煅燒產(chǎn)品質(zhì)量均勻，可生產(chǎn)白度高、磨耗低的質(zhì)地優(yōu)良的填料和涂料。
3)快速循環(huán)流化床煅燒可對不同產(chǎn)品的粒徑要求如小于45μm，特別是小于15μm、小于8μm以及90％以上小于2μm的粉料進行有效的煅燒，獲得高白度產(chǎn)品。
4)該煅燒系統(tǒng)操作彈性大，可在較寬的溫度和氣速下操作，同時又可根據(jù)礦物粉料不同的煅燒特性任意調(diào)節(jié)煅燒時間，因而有廣泛的應(yīng)用前景，除高嶺石(土)外，還可用于硼鎂礦、菱鎂礦等其它非金屬礦的煅燒。
5)采用多級氣-固逆流廢熱回收技術(shù)，充分利用高溫煅燒料和高溫煙氣的顯熱，單位煅燒產(chǎn)品的熱能消耗比現(xiàn)行的回轉(zhuǎn)窯煅燒工藝可節(jié)省30～50％，大大降低了煅燒生產(chǎn)成本。
6)熱回收技術(shù)采用粉料氣-固直接接觸旋風式換熱，熱交換速率快，熱效率高，而且流動阻力小，動能消耗低。
7)煅燒系統(tǒng)的工藝裝置采用性能好的耐火材料內(nèi)襯，不用昂貴的耐高溫金屬材料，維修容易，壽命長，單位基建投資和維修費用大幅度降低；綜上所述，使用本實用新型的超細高嶺土煅燒用的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐，優(yōu)點在于不需要造粒，可直接入爐，工藝簡單；燃氣或燃油供熱，油/氣比調(diào)控煅燒氣氛，操作方便靈活；氣固逆流直接接觸換熱，傳熱速率快，生產(chǎn)效率高，燃料消耗少；流化床層溫度均一，產(chǎn)品質(zhì)量均勻；物料循環(huán)煅燒，煅燒時間可調(diào)，操作彈性大，適應(yīng)能力強。


圖1為使用本實用新型的超細高嶺土煅燒用的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐的煅燒系統(tǒng)工藝流程圖；圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；其中上部筒體121下部筒體122 快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐12氣室19 氣體分布板18燃料噴嘴17
排料管20a、20b 連接管131 進料管11返料管15 二次空氣噴入管16一次空氣進氣管23干粉1 氣力提升加料機2 冷料3二級旋風預(yù)熱器9熱煙氣10一級旋風預(yù)熱器4煙氣5 料封閥6 旋風分離器13熱煙氣8空氣23 一級旋風冷卻器22煅燒料30 三級旋風冷卻器29分流式排料控制閥14空氣28、25 二級旋風冷卻器26煅燒料2具體實施方式
圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖2可知，本實用新型的超細高嶺土煅燒用的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐的結(jié)構(gòu)，包括由內(nèi)襯耐火材料的鋼制圓柱形上部筒體121和與其下端相連通的倒圓錐形下部筒體122構(gòu)成的流態(tài)化床12，所述倒圓錐形下部筒體122的下端連通有圓筒形氣室19，所述倒圓錐形下部筒體122下端與氣室19之間設(shè)有氣體分布板18；所述倒圓錐形下部筒體122的四周設(shè)有供燃料噴入的燃料噴嘴17和煅燒料的排放管20a，所述鋼制圓柱形上部筒體121上部筒體壁上設(shè)有供與旋風分離器相連的連接管131；其下部筒體壁上設(shè)有進料管11和返料管15，所述圓柱形上部筒體121上的筒體壁四周上設(shè)有二次空氣噴入管16；旋風分離器13通過其料腿與分流式排料控制閥14相連，然后通過返料管15與快速流化床煅燒爐12連通；所述氣室19的下端設(shè)有預(yù)熱空氣進氣管23；所述倒圓錐形下部筒體122的錐度為25-35°；所述的排料控制閥14為分流式排料控制閥。
圖1為使用本實用新型的超細高嶺土的煅燒爐的煅燒系統(tǒng)工藝流程圖，由圖1可知，經(jīng)細磨至粒度為小于2-45μm的除雜的高嶺土干粉1經(jīng)氣力提升加料機2進入氣固逆流多級旋風預(yù)熱系統(tǒng)，冷料3與來自二級旋風預(yù)熱器9的熱煙氣10混合后進入一級旋風預(yù)熱器4，經(jīng)換熱和氣固分離，煙氣5從一級旋風預(yù)熱器4的頂部排出并送入干燥系統(tǒng)作為干燥介質(zhì)，被氣流帶出的粉料通過布袋過濾器或靜電除塵器回收后返回煅燒系統(tǒng)(未表示)，被預(yù)熱的粉料從一級旋風預(yù)熱器4的底部排出，經(jīng)一級旋風分離器料腿下端的料封閥6與來自旋風分離器13的熱煙氣8混合后進入二級旋風預(yù)熱器9，經(jīng)換熱和氣固分離，煙氣10從該二級旋風預(yù)熱器9的頂部排出后進入一級旋風預(yù)熱器4，被預(yù)熱的粉料從該二級旋風預(yù)熱器9的底部排出，經(jīng)旋風分離器料腿下端的料封閥6進入快速流態(tài)化煅燒爐12，被預(yù)熱的空氣23從旋風冷卻器22頂部排出后進入快速流態(tài)化煅燒爐12下部的風室19，然后通過分布板18進入快速流態(tài)化煅燒爐12與噴入的燃料17進行燃燒以維持所需的煅燒溫度和煅燒氣氛，部分空氣作為二次風16從還原區(qū)上部給入，保證燃料完全燃燒，物料隨熱氣流向上流動并進行煅燒反應(yīng)，通過旋風分離器13進行氣固分離，煅燒料通過旋風分離器13及其其料腿并經(jīng)分流式排料控制閥14和返料管15返回快速流化床煅燒爐12進行循環(huán)煅燒；控制所需的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間使煅燒料達到產(chǎn)品技術(shù)性能要求后，從快速流態(tài)化煅燒爐12下部排料管20a的控制閥(未表示)和經(jīng)旋風分離器13料腿下端的分流式排料控制閥14的排料管20b排出的煅燒料20，與來自旋風冷卻器26的空氣21混合后進入旋風冷卻器22，進行換熱和氣固分離，經(jīng)料腿下端的料封閥6向下輸送，被冷卻的煅燒料24與來自旋風冷卻器29的空氣25混合進入旋風冷卻器26，經(jīng)換熱和氣固分離，被冷卻的煅燒料經(jīng)料腿下端的料封閥6與空氣28混合后進入旋風冷卻器29，經(jīng)換熱和氣固分離，被冷卻的煅燒料30經(jīng)旋風冷卻器29料腿下端的料封閥6排出，并送入混磨裝置進行解聚混勻(圖中未示)。
實施例1使用本實用新型的超細高嶺土的煅燒爐煅燒超細高嶺土中國某地煤系高嶺石(土)礦樣，代號DN，其高嶺石(土)含量為91％，自然白度45.3％。經(jīng)磨礦制成粒度約為0.05-45μm、0.05-15μm、0.05-8μm和0.05-4μm的不同粒級的礦樣，分別記為代號DN-1、DN-2、DN-3、和DN-4，每種礦樣小于2μm粒級的重量百分數(shù)分別為16％、28％、32％和91％。
A、(1)將粒度約為0.05-45μm(其中小于2μm粒級礦樣的重量百分數(shù)為16％)的礦樣用氣力提升加料機提升送入二級氣固逆流串聯(lián)的旋風預(yù)熱器(參見圖1中標號4和標號9)中預(yù)熱至500℃左右；(2)將預(yù)熱至500℃的礦樣由本實用新型提供的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐下部送入煅燒爐，同時向煅燒爐中通入合成煤氣；從煅燒爐底部送入一次空氣(該一次空氣可經(jīng)預(yù)熱)與通入的燃料在煅燒爐中燃燒并在其下部形成還原性氣氛的煅燒還原區(qū)，煅燒還原區(qū)中的氣氛為(CO+H2)的體積百分比含量為10％；從煅燒爐的煅燒還原區(qū)上部送入二次空氣(該二次空氣也可經(jīng)預(yù)熱)將殘留的CO+H2完全燃燒，煅燒爐中由上至下的氣流速度為6米/秒，高嶺土生粉料在煅燒爐中以950℃的溫度進行快速流態(tài)化循環(huán)煅燒0.3小時，得到煅燒后的煅燒高嶺土；(3)將煅燒后的煅燒高嶺土由流態(tài)化煅燒爐的下部排入旋風冷卻系統(tǒng)中冷卻，本實施例的旋風冷卻系統(tǒng)中為串聯(lián)的三級旋風冷卻爐，冷卻至100℃；(4)將冷卻后的高嶺土粉料經(jīng)混磨解聚，即制備得到本實用新型的超細煅燒高嶺土。
B、(1)將粒度約為0.05-15μm(其中小于2μm粒級礦樣的重量百分數(shù)為28％)的礦樣用氣力提升加料機提升送入二級氣固逆流串聯(lián)的旋風預(yù)熱器(參見圖1中標號4和標號9)中預(yù)熱至500℃左右；
(2)將預(yù)熱至500℃的礦樣由本實用新型提供的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐下部送入煅燒爐，同時向煅燒爐中通入合成煤氣；從煅燒爐底部送入一次空氣(該一次空氣可經(jīng)預(yù)熱)與通入的燃料在煅燒爐中燃燒并在其下部形成還原性氣氛的煅燒還原區(qū)，煅燒還原區(qū)中的氣氛為(CO+H2)的體積百分比含量為10％；從煅燒爐的煅燒還原區(qū)上部送入二次空氣(該二次空氣也可經(jīng)預(yù)熱)將殘留的CO+H2完全燃燒，煅燒爐中由上至下的氣流速度為6米/秒，高嶺土生粉料在煅燒爐中以950℃的溫度進行快速流態(tài)化循環(huán)煅燒0.3小時，得到煅燒后的煅燒高嶺土；(3)將煅燒后的煅燒高嶺土由流態(tài)化煅燒爐的下部排入旋風冷卻系統(tǒng)中冷卻，本實施例的旋風冷卻系統(tǒng)中為串聯(lián)的三級旋風冷卻爐，冷卻至100℃；(4)將冷卻后的高嶺土粉料經(jīng)混磨解聚，即制備得到本實用新型的超細煅燒高嶺土。
C、(1)將粒度約為0.05-8μm(其中小于2μm粒級礦樣的重量百分數(shù)為32％)的礦樣用氣力提升加料機提升送入二級氣固逆流串聯(lián)的旋風預(yù)熱器(參見圖1中標號4和標號9)中預(yù)熱至500℃左右；(2)將預(yù)熱至500℃的礦樣由本實用新型提供的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐下部送入煅燒爐，同時向煅燒爐中通入合成煤氣；從煅燒爐底部送入一次空氣(該一次空氣可經(jīng)預(yù)熱)與通入的燃料在煅燒爐中燃燒并在其下部形成還原性氣氛的煅燒還原區(qū)，煅燒還原區(qū)中的氣氛為(CO+H2)的體積百分比含量為10％；從煅燒爐的煅燒還原區(qū)上部送入二次空氣(該二次空氣也可經(jīng)預(yù)熱)將殘留的CO+H2完全燃燒，煅燒爐中由上至下的氣流速度為6米/秒，高嶺土生粉料在煅燒爐中以950℃的溫度進行快速流態(tài)化循環(huán)煅燒0.3小時，得到煅燒后的煅燒高嶺土；(3)將煅燒后的煅燒高嶺土由流態(tài)化煅燒爐的下部排入旋風冷卻系統(tǒng)中冷卻，本實施例的旋風冷卻系統(tǒng)中為串聯(lián)的三級旋風冷卻爐，冷卻至100℃；(4)將冷卻后的高嶺土粉料經(jīng)混磨解聚，即制備得到本實用新型的超細煅燒高嶺土。
D、(1)將粒度約為0.05-4μm的礦樣(其中小于2μm粒級礦樣的重量百分數(shù)為91％)用氣力提升加料機提升送入二級氣固逆流串聯(lián)的旋風預(yù)熱器(參見圖1中標號4和標號9)中預(yù)熱至500℃左右；(2)將預(yù)熱至500℃的礦樣由本實用新型提供的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐下部送入煅燒爐，同時向煅燒爐中通入合成煤氣；從煅燒爐底部送入一次空氣(該一次空氣可經(jīng)預(yù)熱)與通入的燃料在煅燒爐中燃燒并在其下部形成還原性氣氛的煅燒還原區(qū)，煅燒還原區(qū)中的氣氛為(CO+H2)的體積百分比含量為10％；從煅燒爐的煅燒還原區(qū)上部送入二次空氣(該二次空氣也可經(jīng)預(yù)熱)將殘留的CO+H2完全燃燒，煅燒爐中由上至下的氣流速度為6米/秒，高嶺土生粉料在煅燒爐中以950℃的溫度進行快速流態(tài)化循環(huán)煅燒0.3小時，得到煅燒后的煅燒高嶺土；(3)將煅燒后的煅燒高嶺土由流態(tài)化煅燒爐的下部排入旋風冷卻系統(tǒng)中冷卻，本實施例的旋風冷卻系統(tǒng)中為串聯(lián)的三級旋風冷卻爐，冷卻至100℃；(4)將冷卻后的高嶺土粉料經(jīng)混磨解聚，即制備得到本實用新型的超細煅燒高嶺土。
分別對得到的超細高嶺土粉進行白度測定，其結(jié)果如下表

實驗結(jié)果表明，隨著礦樣粒級的減小，煅燒白度相應(yīng)有所提高，粒級越小，白度越高；粒級小于15μm，煅燒高嶺土的白度可90％以上。
實施例2使用本實用新型的超細高嶺土的煅燒爐煅燒超細高嶺土實施例1中的中國某地煤系高嶺石(土)礦樣，代號DN，其高嶺石(土)含量為95％，自然白度55.3％。經(jīng)磨礦制成粒度約為0.05-45μm、0.05-15μm、0.05-8μm和0.05-4μm的不同粒級的礦樣，分別記為代號DN-11、DN-22、DN-33、和DN-44，每種礦樣小于2μm粒級的重量百分數(shù)分別為18％、30％、35％和92％。
本實施例對四種礦樣，煅燒溫度為850℃，其他煅燒的條件均與實施例1相同，經(jīng)檢測，本實施例煅燒后得到的四種超細煅燒高嶺土的性能如下表

實施例3使用本實用新型的超細高嶺土的煅燒爐煅燒超細高嶺土中國某地高嶺石(土)礦樣，代號DN，其高嶺石(土)含量為88％，自然白度65.8％。經(jīng)磨礦制成粒度約為0.05-45μm、0.05-15μm、0.05-8μm和0.05-4μm的不同粒級的礦樣，分別記為代號DN-111、DN-222、DN-333、和DN-444，每種礦樣小于2μm粒級的重量百分數(shù)分別為20％、29％、33％和91％。
本實施例對四種礦樣，溫度為850℃，其他煅燒的條件均與實施例1相同，本實施例的礦料沒有經(jīng)過預(yù)熱，煅燒后的煅燒高嶺土也沒有經(jīng)過冷卻；經(jīng)檢測，本實施例煅燒后得到的四種超細煅燒高嶺土的性能如下表

實施例4使用本實用新型的超細高嶺土的煅燒爐煅燒超細高嶺土本實施例使用的為小型電加熱式快速循環(huán)流化床煅燒爐，以空氣為流化介質(zhì)，其用量由流化氣速而定，流化氣速可在1m/s～6m/s范圍內(nèi)選擇。當加入一定量礦粉時，由于高速氣流的作用，將在流化床中形成快速流態(tài)化狀態(tài)。煅燒煙氣從床層中帶出的礦粉經(jīng)高溫過濾器回收并返回快速循環(huán)流化床煅燒反應(yīng)器。實驗時，按選定的溫度和氣速的條件，向煅燒反應(yīng)器中通人相應(yīng)空氣量，同時通電加熱至略高于規(guī)定溫度時恒溫，加入一定量的礦粉，在煅燒反應(yīng)器中形成氣固快速流態(tài)化，進行快速加熱和煅燒。礦樣剛加入時，煅燒反應(yīng)器中的溫度有瞬時的下降，經(jīng)1～2分鐘可恢復到規(guī)定溫度，煅燒規(guī)定的時間后，停止通氣和供電，將煅燒料排出，冷卻、磨細后測定白度。實驗所用礦樣與實施例1相同，其煅燒結(jié)果如下

用和實施例4相同的礦樣和煅燒條件，所不同的是固定床靜態(tài)煅燒，而不是流態(tài)化煅燒其煅燒結(jié)果如下

與實例1的小樣量固定床靜態(tài)煅燒結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，對于相同的礦樣和相同的煅燒溫度，欲達到相近的煅燒白度，快速循環(huán)流化床的煅燒時間僅為小量礦樣固定床式靜態(tài)煅燒時間的三分之一左右。這是因為快速循環(huán)流態(tài)化煅燒的氣固接觸充分、傳熱快速，溫度均勻，反應(yīng)加快，達到強化了煅燒過程，提高了反應(yīng)器的效率。
本實用新型的氣-固逆流換熱系統(tǒng)是由適應(yīng)高固含量的氣固兩相流的多級低流阻異型旋風預(yù)熱器氣固直接接觸換熱、級間氣固逆流串聯(lián)而成，既使氣固充分接觸、快速換熱，又能實現(xiàn)氣固有效分離，保證高的換熱效率以回收該過程中的高溫固體和高溫氣體的顯熱，大幅度減少過程的熱能消耗和動能消耗其旋風冷卻器是將煅燒熱物料與空氣在異型旋風器的進氣管中混合后一同進入該旋風器進行直接接觸換熱和氣固分離，空氣被預(yù)熱后從該旋風換熱器頂部中心管排出，然后進入上一級旋風換熱器，熱物料被冷卻后從該旋風換熱器底部中心管(料腿)排出，然后進入下一級旋風換熱器。類似地，旋風預(yù)熱器是煅燒熱煙氣與冷物料在異型旋風器的進氣管中混合后一同進入該異型旋風器進行直接接觸換熱，冷物料被預(yù)熱后從該異型旋風換熱器底部中心管(料腿)排出，然后進入下一級旋風換熱器；熱煙氣被冷卻后從該異型旋風換熱器頂部中心管排出，然后進入上一級旋風換熱器，最上一級旋風預(yù)熱器排出的熱煙氣作為干燥介質(zhì)送去漿料干燥，進一步利用其顯熱，被氣流帶出的粉料通過布袋過濾器或靜電除塵器回收后返回煅燒系統(tǒng)。
對于高嶺土煅燒，高溫煅燒料的空氣冷卻可以是三級也可以是四級逆流換熱，冷物料的高溫煙氣預(yù)熱可是以兩級也可以是三級逆流換熱，但煅燒煙氣用作干燥介質(zhì)時，以兩級逆流換熱為宜所述的每個旋風換熱器料腿的下端應(yīng)設(shè)置料封閥以防止旋風換熱器的料腿串氣和保證粉體物料的穩(wěn)定流動，提高系統(tǒng)的熱回收效率。旋風換熱器料腿下端的料封閥，可以是機械式料封閥，也可采用中國科學院過程工程研究所的V-型或J-型氣動料封閥，最好采用料腿氣固穩(wěn)流閥。
所述的分流式排料控制閥可以是機械式控制閥，也可采用中國科學院過程工程研究所的雙級分流式氣動控制閥。
權(quán)利要求1.一種超細高嶺土煅燒用的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐，其特征在于，包括由內(nèi)襯耐火材料層的鋼制圓柱形上部筒體(121)和與其下端相通的倒圓錐形下部筒體(122)構(gòu)成的流態(tài)化床(12)，所述倒圓錐形下部筒體(122)的下端連通有圓筒形氣室(19)，所述倒圓錐形下部筒體(122)下端與氣室(19)之間設(shè)有氣體分布板(18)；所述倒圓錐形下部筒體(122)的四周設(shè)有進料管(11)、返料管(15)、供燃料噴入的燃料噴嘴(17)和煅燒料的排放管(20a)；所述鋼制圓柱形上部筒體(121)上部筒體壁上四周上設(shè)有二次空氣噴入管(16)；所述圓柱形上部筒體(121)上端的筒體壁上設(shè)有供與旋風分離器相連的連接管(131)；旋風分離器(13)通過其料腿與分流式排料控制閥(14)相連，然后通過返料管(15)與快速流化床煅燒床(12)連通；所述氣室(19)的下端設(shè)有預(yù)熱空氣進氣管(23)。
2.按權(quán)利要求1所述的超細高嶺土粉的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒設(shè)備，其特征在于，所述的倒圓錐形筒體下部(122)的錐角為25-35°。
3.按權(quán)利要求1所述的超細高嶺土煅燒用的快速循環(huán)流態(tài)化煅燒爐，其特征在于，所述的排料控制閥(14)為分流式排料控制閥。
專利摘要本實用新型的煅燒爐，由上部筒體和倒圓錐形下部筒體構(gòu)成，下部筒體下端連通氣室，與氣室間有氣體分布板；下部筒體四周設(shè)進料管、返料管、燃料噴嘴和煅燒料排放管；上部筒體壁上設(shè)二次空氣噴入管；上部筒體上端筒壁上設(shè)與旋風分離器相連的連接管；旋風分離器與排料控制閥相連，再通過返料管與煅燒爐連通；氣室下端設(shè)預(yù)熱空氣進氣管；使用時，生粉料預(yù)熱后由煅燒爐下部送入，同時向爐中通燃料；從風室送入預(yù)熱的一次空氣與燃料在爐中呈流態(tài)化燃燒，煅燒后高嶺土排出并經(jīng)冷卻、混磨解聚即得超細高嶺土粉；具有煅燒反應(yīng)快速，生產(chǎn)效率高；熱效率高；氣－固接觸充分，熱、質(zhì)傳遞迅速，產(chǎn)品質(zhì)量好，產(chǎn)能大，成本低，可實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號F27B15/00GK2669115SQ20032010003
公開日2005年1月5日 申請日期2003年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月8日
發(fā)明者李佑楚, 盧旭晨 申請人:中國科學院過程工程研究所