РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ КАЛЬЦИНИРУЮЩИХ УСТАНОВОК ДЛЯ ГИПСА ФИРМЫ Гебрюдер Пфайффер
Йорк Райхардт, Экхард Сандер
Краткое содержание
Gebr Pfeiffer AG поставляет валковые мельницы MPS прямого подогрева и котлы косвенного подогрева для кальцинирования гипса.
Валковые мельницы MPS модели GC, предназначенные для прямого размола-кальцинирования, производительностью до 90 т/ч полугидрата, в основном, используются для изготовления гипсокартона.
Современные котловые установки, в основном, используются для производства гипсового раствора. Довольно часто имеет место предварительное частичное кальцинирование в расположенной выше валковой мельнице MPS.
Введение
Гипсовое производство уже много лет использует установки и оборудование фирмы Пфайффер. Оборудование, поставляемое фирмой Gebr. Pfeiffer AG клиентам по всему миру, варьируется от отдельных агрегатов, а именно, валковых мельниц MPS, шаровых мельниц, молекуляторных мельниц, сепараторов и гипсовых котлов и до полного комплекта оборудования для заводов по производству гипса.
Процесс кальцинации либо происходит в валковой мельнице MPS, либо в гипсовом котле GK, либо начинается в мельнице и заканчивается в котле.
ВАЛКОВАЯ МЕЛЬНИЦА MPS
Сегодня по всему миру используются более 2000 валковых мельниц MPS производительностью более 500 т/ч цементного сырья, 250 т/ч цемента и 90 т/ч угля и полугидрата типа бета.
Основной принцип один и тот же для всех мельниц MPS (рис. 1).
Загружаемый материал размалывается между тремя стационарными мелющими валками и вращающейся размольной плитой путем сжатия и сдвига. Сила сжатия, требуемая для измельчения, создается системой гидропневматического натяжения.
Материал размалывается и передается центробежной силой на стационарное кольцо со штуцерами для воздуха. Горячие газы, проходящие через кольцо со штуцерами, смешиваются с материалом и создают флюидизированный слой, в котором происходят процессы сушки и/или кальцинирования. Размолотый материал переносится газами в сепаратор. Материал делится на тонкий помол и крупную фракцию в зоне сепарирования около вращающегося колеса сепаратора. Крупная фракция падает в центр зоны размола. Готовый продукт покидает сепаратор вместе с потоком газа и отделяется от газа в фильтре, расположенном ниже. При пуске агрегата валки подняты, что упрощает процедуру пуска и уменьшает необходимый пусковой вращающий момент.
Для размола натурального гипса, независимо от того, включено ли определенное количество десульфуризованного гипса или перерабатывающего материала, удельное потребление энергии на приводе мельницы варьируется от 2,5 до 5,5 кВт/ч, т. е. оно достаточно низкое.
Однако количество тепловой энергии, требуемой для размола-кальцинирования, достаточно высоко. Более того, из-за влияния на качество продукта, тепловой процесс, имеющий место во время размола-кальцинирования, должен быть значительно более стабильным, чем процесс, имеющий место при размоле-сушке. Главные приводы мельницы MPS GC оборудованы преобразователями частоты для регулировки скорости с тем, чтобы оптимальным образом приспособить механическую нагрузку размольного слоя между мелющими валками и размольной плитой к условиям кальцинирования.
С учетом экономического масштаба и размера мельницы, уровень температуры повышается до 600°C после размольно-кальцинирующих мельниц серии MPS GC. (рис. 2)
Этот более высокий уровень температуры ведет к некоторым изменениям в конструкции агрегата, особенно в зоне канала горячего газа, размольного стола, кольца со штуцерами для воздуха, подшипников валков и высокоэффективного сепаратора.
Канал горячего газа имеет слоистую теплоизоляцию с внутренней стороны для защиты внешнего корпуса. Он также имеет легкозаменяемую конструкцию благодаря имеющимся фланцам.
При кальцинировании гипса размольная плита подвергается гораздо более сильным термальным нагрузкам, чем при размоле. Следовательно, конструкция плиты рассчитана на эти нагрузки и исполнена с применением современных FEM-технологий. Плита дополнительно защищена щитом и термической изоляцией.
Использование сегментированных покрытий плиты и сегментированного направляющего конуса воздуха являются дальнейшими мерами по уменьшению воздействия высокой температуры. Кольцо со штуцерами для воздуха снабжено гибкими элементами подвески и дает возможность теплового расширения без подвергания стрессу других частей мельницы.
По мере того, как происходит процесс кальцинирования в флюидизированном слое прямо над кольцом со штуцерами для воздуха, уровень температуры над этой зоной достигает около 160°C и равняется температуре отработанных газов сепаратора. Размольная плита, включая тепловую защиту и покрытия, должна иметь конструкцию, рассчитанную на тепловые нагрузки при разнице температур от 600°C на стороне канала горячего газа и 160°C в размольном слое во время стабильной работы. При холодном запуске на полную мощность различие температуры и тепловых нагрузок на размольную плиту гораздо выше, поскольку верхняя сторона размольной плиты все еще холодная, что может привести к возникновению трещин. Чтобы не повредить размольную плиту, необходимо произвести процедуру запуска, чтобы нагреть мельницу.
Эта процедура включает период предварительного нагрева без производства продукции и ограниченное производство, которое впоследствии доводится до полной мощности. Длительность этого периода зависит от размеров мельницы и длительности простоя. Разогрева не требуется, если мельница была остановлена не более, чем на 4 часа.
Подшипниковые опоры трех валков и высокоэффективный сепаратор кальцинирующих мельниц модели MPS GC расположены в зоне, где температура достигает 160°C, все они рассчитаны на постоянную работу при 180°C. Автоматическая смазка подшипниковых опор мелющих валков с охлаждением масла и фильтрацией за пределами мельницы является стандартной характеристикой моделей серии GC.
Эксплуатационные результаты мельниц серии MPS GC
Производительность установок MPS GC для размола-кальцинирования гипса варьируется между 4 и 90 т/ч полугидрата (рис. 3) при мощности от 3 до 600 кВт.
Типичная установка, производящая 90 т/ч полугидрата с содержанием кристаллизационной влаги около 5.5 % включает (рис. 4)
· измерительное оборудование
· валковую мельницу MPS 2800 GC мощностью около 600 кВт
· генератор горячего газа с мощностью нагрева около 35 МВт
· фильтр и вентилятор производительностью ок. 320000 м³/ч, а также
· удаление продукции
Требования по удельной теплоемкости - около 200 ккал/кг полугидрата, потребление электроэнергии для мельницы, сепаратора и вентилятора варьируется между 12 и 15 кВт-ч/т.
В прошлом году аналогичные установки, использующие валковые мельницы MPS 2800 GC были успешно введены в эксплуатацию в США (рис. 5) и Японии (рис. 6).
Мельница MPS может иметь конструкцию, рассчитанную на величину до 60 % десульфуризованного (FGD) гипса и 40 % природного гипса. (рис.7)
Котел для гипса серии GK
В настоящее время гипсовые котлы (рис. 8) используются, в основном, для производства гипса и цементного раствора, благодаря свойствам полугидрата, необходимым для данной цели; эти свойства достигаются благодаря косвенному процессу кальцинации, требующему длительного периода выдержки. Примером этого является первоначальное застывание, которое происходит примерно через 15 минут после производства полугидрата в котле, по сравнению с 5 - 8 минутами при кальцинировании во время размола.
Котел для гипса серии GK снабжен входной и выходной заслонками, устройством размешивания, устройством подачи газа через нижнюю часть котла, системой труб для горячего газа и оборудованием для отдельного удаления отработанных газов и воды.
Предварительно размолотый, и, в зависимости от ситуации, частично кальцинированный гипс поступает в котел через входное отверстие с заслонкой и подогревается косвенно газами, имеющими температуру до 750°C. Размешивающее устройство обеспечивает однородное кальцинирование. Отработанные газы и водяные пары, образующиеся в котле, удаляются по отдельности.
Процесс контролируется путем непрерывного замера температуры. Когда материал достигает температуры 160°C, т. е. температуры, требуемой для полной конверсии дигидрата в полугидрат, генератор горячего газа переключается на малый огонь и готовая продукция проходит через открытое выходное отверстие, попадая в буферный бункер, перед тем как следующая порция гипса попадает в котел.
Время, требуемое для обработки очередной порции и, следовательно, время выдержки гипса в котле, варьируется, примерно от одного до трех часов, в зависимости от чистоты и степени предварительного кальцинирования загружаемого материала.
Установка дополнительной нагнетательной трубы с устройством пневматической флюидизации дает возможность гипсовому котлу Pfeiffer GK работать непрерывно.
В зависимости от размеров котла, содержания в загружаемом материале влажности и кристаллизационной влаги, стандартные гипсовые котлы GK имеют производительность от 50 до 300 т/день.
Эксплуатационные результаты для котловой установки
Котловая установка GK 280 A с расположенной перед ней валковой мельницей MPS 125 B (рис. 9) была пущена в эксплуатацию на польском заводе Новы в 2007 году. Природный гипс с поверхностной влажностью 1 % содержанием кристаллизационной влаги 19.4 % подается в валковую мельницу с уменьшением кристаллизационной влаги до примерно 17.7 % при температуре 100°C. Затем гипс поступает в котловую установку (рис. 10), где температура гипса 165°C достигается в процессе непрерывной работы. Готовая продукция имеет следующие характеристики: содержание кристаллизационной влаги 5.1 %, тонина помола 1 % R 0.1 мм. Установка гарантирует производительность 7.5 т/ч. Производительность 8.1 т/ч была достигнута в процессе приемочных испытаний. Удельная теплоемкость мельницы и котла достигает около 300 ккал/кг продукта.
Решение о том, будет ли в данном случае происходить прямое кальцинирование в валковой мельнице MPS или же потребуется использование котла, зависит, главным образом от требуемых свойств продукта и, в первую очередь, от времени схватывания (рис. 11). Эти свойства различаются даже при сходном загружаемом материале и одинаковом уровне содержания кристаллизационной влаги в продукции, вследствие сильно различающейся среды кальцинирования в разных системах.
