用于对煅烧的灰泥进行冷却及脱蒸汽的设备及方法 |
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| 申请号 | CN200580023194.6 | 申请日 | 2005-05-19 | 公开(公告)号 | CN101119923B | 公开(公告)日 | 2013-04-24 |
| 申请人 | 美国石膏公司; | 发明人 | 迈克尔·L·博林德; 克里斯托弗·R·纳尔逊; 布鲁斯·琳恩·彼得森; 迈克尔·J·波特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 为一种用于对在生产 石膏 板或袋装熟石膏中所用的热的 煅烧 灰泥进行冷却及脱 蒸汽 的设备及方法。所述设备为一 流化床 灰泥冷却器并包括一冷却器 外壳 ，所述冷却器外壳具有一具有一灰泥入口及一灰泥出口的 增压 室。所述灰泥冷却器包括一位于所述增压室中的旋转盘。所述旋转盘包括用于喷射 流体 的 喷嘴 ，且附装至一自所述冷却器的侧面伸出的可旋转的轴，而且还包括一流化垫及搅拌器以有助于混合空气与所述灰泥粉末以确保流化、防止形成通道、及防止所述灰泥粉末积聚在各种组件上。所述空气还经由一 定位 于所述灰泥冷却器的顶部的空气出口迫出所述热的煅烧灰泥中的蒸汽，从而使所述灰泥脱蒸汽。所述灰泥流经所述增压室并越 过冷 却盘管，从而在所述灰泥到达所述灰泥出口时冷却所述灰泥。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于对热的且带有蒸汽的煅烧灰泥冷却和脱蒸汽的设备，其包括： |
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| 说明书全文 | 用于对煅烧的灰泥进行冷却及脱蒸汽的设备及方法技术领域背景技术[0002] 几十年来，石膏灰泥的冷却在石膏工业中一直受到关注。灰泥在高温下在物理上及热力学上是不稳定的。为了保持灰泥的品质，应在煅烧温度(250°F)以下使灰泥迅速通风及冷却。当要长时间存储煅烧的灰泥时尤其如此。灰泥冷却器的一实例是受让给美国石膏公司(U.S.Gypsum Company)的第6,138,377号美国专利，且该美国专利的揭示内容以引用方式并入本文中。 [0003] 存储于容器中的热的及充满蒸汽的煅烧灰泥将随着时间而老化。此种老化过程会不利地影响灰泥的许多所期望的性质，包括浇注稠度、水合率、凝固时间、对加速剂的响应、及强度形成潜力。如果一存储料仓不是在“先进先出”的基础上清空其内含物，则自存储料仓中移出的灰泥的质量可显著地变化。因此，在存储前对煅烧的灰泥进行冷却及脱蒸汽对长期老化稳定性是必不可少的。 [0004] 除在存储期间的老化稳定性外，在处理灰泥期间来自管磨机研磨的机械能会造成另一问题。所述机械能向灰泥增加更多的热量，从而使许多工厂无法满足对灰泥进行装袋的温度要求。因此，对热的煅烧灰泥立即进行冷却及脱蒸汽会使灰泥能够正确装袋。 [0005] 先前的冷却器(例如在第6,138,377号美国专利中所述的盘管冷却器)具有一高的初始资金成本。具体而言，盘管冷却器中所用的盘管及传热流体系统较为昂贵。此外，与本文中所述的本发明相比较，冷却相同的灰泥通过量需要一大得多的盘管冷却器。此外，当使用以本文中所述的设备冷却的灰泥来制作例如壁板等产品时，所需的水及添加剂的量当与以其他方式冷却的灰泥相比时有所减少。因此，本文中所述的本发明享有优于现有技术冷却器的经济及性能优势。 发明内容[0006] 本发明为一种用于对例如在生产石膏板或熟石膏产品中所用的热煅烧灰泥进行冷却及脱蒸汽的设备及方法。所述设备为一流化床灰泥冷却器，所述冷却器包括一用于将水喷射到所述灰泥上的喷水设备。通常，热的及充满蒸汽的煅烧灰泥自一煅烧锅传送至所述冷却器，并随后对所述灰泥进行冷却及脱蒸汽。所述冷却器可构建于一其中可在所述冷却过程后将所述灰泥存储一时间周期的灰泥处理线中，或者其可直接构建到一其中所述灰泥可供用于立即使用的石膏板生产线中。每一冷却单元均可独立或者数个冷却单元可串联或并联连接，此视所述系统的处理输出及冷却要求而定。 [0007] 所述冷却器在其基本的样式中包括一具有一增压室(plenum)的冷却器外壳及一灰泥入口及一灰泥出口。所述冷却器进一步包括一用于在所述增压室中喷射及分配流体(较佳为水)的喷水设备或分配器。所述冷却器还包括一流化垫及一用于在所述增压室中移动并分配所述灰泥的搅拌器。此外，还揭示例如使用压缩空气来防止喷水设备的堵塞等改良。 [0008] 热的及充满蒸汽的灰泥粉末自一处于290°至320°F范围内的温度的煅烧锅进入所述增压室并输送至一冷却器并由一定位于所述冷却器外壳的增压室的底部的流化垫流化。视自所述煅烧锅至所述冷却器的输送的距离及方式而定，进入所述冷却器的灰泥可处于一低于从所述煅烧锅出来的温度的温度。所述灰泥可处于低到260至250°F的温度。 [0009] 所述流化垫为一具有一穿孔顶面及一带有一空气入口的底面的大体圆柱形的腔室。如在第6,138,377号美国专利中所述，所述流化垫可为任意形状，包括正方形或矩形。所述流化垫具有与所述增压室的高度相比相对矮的高度且定位成使所述穿孔顶面构成所述增压室的底面。由一鼓风机供给的空气进入所述空气入口并扩散经过所述穿孔顶面且引入所述冷却器外壳的所述增压室中。为了提高所述灰泥流化的效率，使用一搅拌器单元将所述灰泥粉末与空气进行混合以防止空气直接穿过所述粉末形成通道，尤其对于天然灰泥。所述搅拌器单元具有一搅拌器螺旋桨，所述搅拌器螺旋桨安装在一穿过所述外壳的顶部并向下延伸至所述螺旋桨的轴上，所述搅拌器螺旋桨较佳刚好定位于所述流化垫的所述穿孔顶部上方。在一替代实施例中，所述搅拌器从所述外壳的底部伸出，且所述轴穿过所述流化垫中的管以使所述螺旋桨刚好定位于所述流化垫的所述穿孔顶面上方。每一搅拌器单元还具有一密封单元以防止灰泥在所述轴的位置处退出所述增压室。所述搅拌器单元由一处于一适当RPM的电动机驱动以确保适当流化。所属领域的技术人员应认识到，如在第 6,138,377号中美国专利所述，可使用一个或多个搅拌器且所述搅拌器可从所述流化床伸出。 [0010] 在所述冷却过程期间，所述灰泥与蒸汽混合物中的蒸汽受迫上升并通过所述灰泥出口排出所述增压室。在一替代实施例中，所述冷却器包括一空气出口。此种出口阐述于第6,138,377号美国专利中。在所述替代实施例中，所述空气出口定位于所述冷却器外壳的顶部并与所述增压室直接流体连通，从而能够除去所述增压室中的蒸汽。一脱离区提供于所述空气出口下面、所述外壳的所述增压室的顶部处。所述脱离区是所述增压室的一向上延伸的部分，其提供额外的增压室空间以使灰泥粉末颗粒能够自所述退出的空气退回，从而减少在经由所述空气出口退出的空气中的颗粒的夹带。 [0011] 在这两个实施例中，在所述增压室中均存在一喷水设备，以喷射用于冷却所述灰泥的水或其他流体。可使用一个固定孔口或复数个固定孔口。在此一实施例中，一喷嘴固定在所述增压室壁中的一开孔中，且一水源自所述增压室的外部连接至所述开孔。然而，实验表明，灰泥聚集在所述固定的水分配点上及周围，致使灰泥积聚在一个或多个固定的分配点周围，从而妨碍作业，且需要频繁地停机及拆卸以进行清理。在所述较佳实施例中，一具有复数个孔口或喷嘴的盘或其他旋转部件或分配器安装于一可旋转的轴上。所述轴包括一用于向所述盘的喷嘴提供水的通道或管道。一电动机连接至所述轴以旋转所述轴并因而旋转所述盘。所述旋转使可能视图粘附至所述喷嘴或所述喷嘴周围的区域的任何灰泥均被甩落，从而减轻灰泥在所述喷嘴上的聚集并消除或减少灰泥在所述喷嘴周围的积聚及凝固的石膏对所述冷却器的堵塞。 [0012] 通过所述流化垫的运行及喷水，使所述灰泥由此在其到达所述增压室腔室的顶部处的灰泥出口时得到冷却及脱蒸汽。冷却及脱蒸汽的灰泥在其退出所述冷却器外壳时通常处于一介于250°F与220°F之间的温度，该温度远低于250°F的煅烧温度。然后，冷却及脱蒸汽的灰泥可加以存储而不存在因老化而引起实质性有害影响的风险，或者可用于制造过程。如果冷却到212°F(蒸发温度)以下，则较佳通过将所述灰泥馈送至一第二流化床来对所述灰泥进行干燥及进一步冷却。此第二流化床充当一用于蒸发剩余的水以及冷却所述灰泥的干燥器。附图说明 [0013] 图1为本文所述流化床灰泥冷却设备的一正视立面图，其包括显示喷水盘的剖面。 [0014] 图2为图1所示的流化床灰泥冷却设备的一侧视立面图。 [0015] 图3为流化床灰泥冷却设备的一俯视图，其显示导流板。 [0016] 图4为流化床灰泥冷却设备的一俯视图，其包括一显示喷水盘的剖面。 [0017] 图5为喷水组合件的一侧视图，其包括一显示增压室内部的轴及盘的剖面。 [0018] 图6为喷水盘的一正视图。 [0019] 图7为喷水盘的一侧立图。 [0020] 图8为具有一空气出口的流化床灰泥冷却设备的一替代实施例的一侧视立面图。 [0021] 图9为具有一穿过流化床安装的搅拌器的流化床灰泥冷却设备的一替代实施例的侧视立面图。 [0022] 图10为馈送至灰泥冷却器的空气及水的一示意性概略图。 具体实施方式[0023] 参见图1-4，图中显示一用于对热的煅烧灰泥进行冷却及脱蒸汽的流化床灰泥冷却器单元20。灰泥冷却器单元20实质上包括一其中具有一增压室22的外壳21。外壳21为大体圆柱形的，尽管也可使用其他形状。在一用于每小时处理40吨灰泥的实例中，增压室22的直径为24英寸且约为7.5英尺高。所述外壳可视应用及所需的通过量而具有其他尺寸。作为一实例，一针对每小时80吨的通过量设计的增压室的直径为36英寸。 [0024] 冷却器外壳21具有一灰泥入口19及一灰泥出口29，二者均位于冷却器外壳21的顶部附近。一导流板23布置于灰泥出口29附近的增压室22的侧壁中以控制流出出口29的流量。灰泥入口19及灰泥出口29二者均与增压室22流体连通。灰泥入口19及灰泥出口29二者的尺寸设计成适于容纳一期望作为通过量的灰泥流量。热的及充满蒸汽的灰泥粉末自一温度通常处于260°F至320°F范围内的煅烧锅(未显示)进入灰泥冷却器20的增压室22。 [0025] 在所述冷却及脱蒸汽过程期间，灰泥经由入口19流入增压室22中并由来自流化垫30的空气流及来自喷射分配器66的水冷却，并随后从出口29退出。然后将冷却的灰泥装袋或送往其他处理站，例如壁板制造线。 [0026] 灰泥冷却器单元20可独立或者可与数个其他冷却器串联或并联连接，此视所述系统的冷却要求而定。在一较佳实施例中，灰泥冷却器单元20紧凑且直立，从而使所占据的设备占地面积最小化。如图1至4中所示，在冷却器外壳21上提供支腿25以将灰泥冷却器设备20支撑在直立位置上。所属领域的技术人员将认识到，也可使用其他结构来支撑所述外壳。 [0027] 为了使所述灰泥粉末在增压室22内流化，在冷却器外壳21的底部处提供一流化垫30。流化垫30为一具有一穿孔顶面32及一带有一空气入口46的底面33的大体圆柱形的腔室。在该较佳实施例中，穿孔顶面32为一由压缩于两个穿孔板之间的硅石纤维或其他流化媒体构成的夹层结构。所述板具有以9/16″的交错中心距相间的3/8″直径的孔，从而产生一约40％的有效开孔面积。也可使用所属领域的技术人员已知的其他流化媒体，例如不锈钢网。虽然在该较佳实施例中为圆柱形的，但流化垫30及增压室22可为任一形状。流化垫30附装至冷却器外壳21的底部。穿孔顶面32形成增压室22的底部。当空气进入增压室22时，所述流化媒体使所述空气扩散。由一鼓风机(未显示)提供的空气经由空气入口46进入流化垫30中并经由穿孔顶面32扩散且引入冷却器外壳21的增压室22中。此空气有助于将所述灰泥粉末流化以使其有效地流过增压室22。此气流还用于帮助除去所述灰泥粉末中的蒸汽。 [0028] 为了防止流化空气直接穿过所述灰泥粉末形成通道且为了使增压室22内各表面上的灰泥积聚最少化，使用一可选的搅拌器34来将所述灰泥粉末与所述空气混合。如果所述灰泥无需搅拌即可流化，则可省去搅拌器34，因为冷却器20无需搅拌器单元34便可起作用。 [0029] 搅拌器34具有一搅拌器螺旋桨37，搅拌器螺旋桨37安装在一穿过外壳21的顶部15的轴36上，以使螺旋桨37刚好定位于流化垫30的穿孔顶面32的上方。所述螺旋桨不必具有任一特定形状。在该较佳实施例中，螺旋桨37为一对自所述轴延伸至增压室22的壁附近的1/4″宽×2英寸高的不锈钢棒。人们将认识到，也可使用例如一转门式搅拌器等其他机构来搅拌灰泥。如果使用一矩形或其他非圆形外壳21，则螺旋桨37具有一允许其旋转而不接触增压室22的壁的尺寸。 [0030] 搅拌器34还具有一传动单元38。传动单元38将电动机40的水平旋转转换成轴36的垂直旋转。传动单元38还包括一用于将轴36固持在一以可旋转方式固定的位置上的轴承。在该较佳实施例中，传动单元38为一由Falk提供的部件号为05UWFQZA71AB的齿轮电动机。所属领域的技术人员将认识到，也可使用其他机构来将动力传输至所述搅拌器，例如皮带及滑轮、蜗轮、行星齿轮、及其他已知组合件。为了防止或减少经由轴36穿过其进入增压室22的开孔溢出增压室22的灰泥数量，对所述开孔应用正气压或其他密封。空气由一自传动单元38的外部至密封件39的管道提供至密封件39。所述管道由软管或管道系统连接至一如图10中所示的设备压缩空气源119。在该较佳实施例中，将空气调节至一1psi的压力，或一刚好足以阻止灰泥在所述开孔处退出增压室22的压力。在一较佳实施例中，电动机40以大约60RPM转动，尽管其他旋转速度也将适用。 [0031] 在图9中所示的一替代实施例中，搅拌器单元34经由流化垫30向上延伸至增压室22中。轴36穿过一自外壳21的底部伸出并穿过穿孔顶面32的管子170。此种布置阐述于第6,138,377号美国专利中。在其他方面，贯穿流化垫30的搅拌器单元的替代实施例类似于前面所述的搅拌器单元。 [0032] 在灰泥出口29处提供一导流板23以减少或阻止灰泥直接自灰泥入口19行进至灰泥出口29。导流板23为一附装至外壳21的壁上的牌号为10的不锈钢板。导流板23包括一约83/4″宽的主部分13，主部分13侧接两个约47/8″英寸宽的侧部分14。侧部分14相对于主部分13的表面以一约130°的角度布置。当导流板23附装至外壳21时，其占据一约80°的圆弧。导流板23较佳具有足够的大小以超过灰泥出口29的尺寸。 [0033] 外壳21进一步包括一检查口18。检查口18可装有一可移动的金属盖以便能够进入至增压室22中。检查口18也可装有一透明盖，以便于在冷却器20的工作期间观察增压室22。在替代实施例中，可使检查口18向周围的空气敞开，或装有适当的管道系统，以如下文所述提供一空气出口150。 [0034] 在该较佳实施例中，灰泥出口29引至一沿外壳21的侧面在一大体朝下的方向上延伸的延伸管28。在所述增压室的底部附近是一与所述延伸管选择性地流体连通的排放出口27。所述流体连通由一通常处于关闭位置的阀门调节。所述阀门在操作员期望排空增压室22中的灰泥时(例如在生产线停机后或在一装得过满的情况下)开启。为了提高排放速率，且为了更容易地彻底清除增压室22中的灰泥，一第二排放出口31可相对于第一排放出口约成180°地定位于所述外壳中。第二排放出口31不必连接至延伸管28，尽管为了提供一清除掉灰泥的包含式路径也可将其连接至延伸管28。 [0035] 灰泥冷却器设备20通过一与流化垫30及搅拌器单元34连通的低压鼓风机来实现流化。在一较佳实施例中，利用一具有一在增压室22的水平截面积的每平方英尺上约为20cfm的容量并提供一约6psi的压头的鼓风机。此产生所需的压差来使灰泥粉末在灰泥冷却器20中流化。 [0036] 参见图1-6，该较佳实施例的喷水或分配器设备包括一电动机60、一具有一用于经由其连通流体的通道64的轴62、及一包括复数个与轴62的通道64流体连通的通道92的喷射分配器66。 [0037] 电动机60较佳为一能够使轴62及喷射分配器66组合件以一1750RPM的旋转速度转动的电动机。所述电动机包括一驱动轴70及一驱动皮带轮72。一皮带轮74安装于轴62上并由一驱动皮带76连接至驱动皮带轮72。所属领域的技术人员将认识到，也可使用其他布置来将动力自所述电动机传递至所述轴，例如使用一齿轮箱或直接驱动所述轴。 [0038] 在该较佳实施例中，电动机60及轴62安装在一支撑组合件80上。支撑组合件80紧固或焊接至外壳21的外部。轴62通过使轴62能够以其轴线为中心旋转的轴承82安装至支撑组合件80，所述轴定位于一大体水平的位置上并经由外壳21中的一开孔延伸至增压室22中。一轴密封件81安装于所述开孔的入口点处的轴62的周围。轴密封件81阻止来自增压室22内的材料在所述开孔处退出。在该较佳实施例中，轴密封件81包括一空气通道以允许来自所述密封件外部的压缩空气连通至所述密封件内部。此种密封件的一实例为由位于CherryHill，New Jersey的Damar公司制造的 牌密封件。当使用 牌密封件时，来自一设备压缩空气源119的压缩空气(通常处于80至 100psi范围内)降低至5-15psi并通过适当的管道或软管提供至轴密封件81。 [0039] 图6及7中所详细显示的喷射分配器66为一大体圆形的盘。其不必是圆形的，而是也可为任一方便的形状。在该较佳实施例中，喷射分配器66的直径约为4″且在其盘部分95周围为3/4″厚。喷射分配器66的内部包括一增压室90。自增压室90延伸至喷射分配器66的周边的是具有通至大气的孔口的喷射通道92。喷射通道92使增压室90中的流体能够自喷射分配器66排出。在该较佳实施例中，具有八个喷射通道92。人们将认识到，可改变所述数量以适合所期望的水施加速率。在该较佳实施例中，喷射通道92的直径约为1/16″。喷射通道92的直径及其他尺寸可随所期望的施加速率及所期望的分配图案而异。可在喷射通道92上安装喷嘴以形成图案化的喷射，尽管此并非为达到所期望的冷却效果所必需的。 [0040] 喷射分配器66包括一用于实现在轴26上的附装的轴环部分94。在该较佳实施例中，轴环94中的螺纹(未显示)用于将轴环部分94附装至轴62上的对应螺纹(未显示)。所属领域的技术人员将认识到，也可使用其他结构来将喷射分配器66附装至轴62。铆钉、焊接、粘合剂及紧定螺钉即为一些实例。此外，轴62与喷射分配器66可形成为一整体件。 [0041] 在该较佳实施例中，喷射分配器66由两个件形成。一主体100包括轴环部分94及盘部分95、以及一罩102。此种构造允许在移开罩102时进入增压室90中，并且还使通过机械加工进行制造成为可能。此种构造还容许清理喷射通道92。所述罩由紧固件104固定。在该较佳实施例中，紧固件104为螺钉，但也可使用其他可移开式紧固件。如果不希望进入内部，则罩102可通过焊接或粘合剂接合至主体100。 [0042] 在一替代实施例中，喷射分配器66可为一由自轴62沿径向延伸的管道构成的布局。所述管道与通道64流体连通，从而允许流体自通道64传送至所述管道并在孔口处自所述管道退出。所属领域的技术人员将认识到，所述管道无需垂直于所述轴的轴线延伸，而是也可相对于所述轴布置成各种角度，只要在所述组合件旋转时所产生的旋转力足以阻止灰泥积聚或粘附至分配器66上即可。 [0043] 在另一替代实施例中，可通过下述方式来取消喷射分配器66：在轴62中布置径向通道，允许流体自通道64流通至所述径向通道，且流出至增压室22中。在此一实施例中，轴62延伸跨越增压室22的直径的一部分或全部，其中径向通道在增压室22内沿所述轴的长度布置于各种位置处。 [0044] 在所述实施例的任一实施例中，水由一流体耦合器96提供至旋转轴62。此种耦合器的一实例为一由McMaster-Carr提供的编号为9177K32的高速单流旋转接头。流体耦合器96使一固定的管子或软管97能够将水提供至旋转轴62的通道64。水可由任意数量的源(例如城市自来水、一重力给水箱或一水泵)提供，只要能够输送足够的水即可。在该较佳实施例中，如图10中所概略显示，水是从城市水龙头115输送并保存在一30加仑的高位水箱中。水由一能够每分钟抽吸5加仑的水泵110从所述箱中抽吸。 [0045] 可通过调节由喷射分配器66所输送的水量来调节在所述灰泥冷却器中进行的冷却。在该较佳实施例中，水泵110将水提供至一三通阀门组合件，所述三通阀门组合件具有一水输入端121及一来自设备压缩空气源119的压缩空气输入端122、及一用于提供这两个输入的任意混合的输出端123，包括全部为空气或全部为水。所述阀门输出端通过适当的管道连接至流体耦合器97以通过轴62中的通道64传送至喷水分配器66。在该较佳实施例中，空气或水自输出端123传送。在一典型应用中，空气以大约80至100psi传送至所述阀门。所述阀门由一控制器130控制，控制器130自一布置于增压室22中的热电耦或其他温度传感器135接收一信号。当控制器130感测到一低于212°F的温度时，其对阀门组合件120进行调节以便只将空气传送至喷射分配器66。当所述温度等于或高于220°F时，对阀门组合件120进行调节从而将水传送至喷射分配器66。所属领域的技术人员将认识到，也可传送空气与水的混合物，所述混合物是变化的以实现所期望的冷却速率及水利用量。在运行中，较佳每当在增压室22中存在灰泥时便向所述分配器提供空气或水，以阻止任何灰泥进入分配器66而可能造成分配器66的阻塞。 [0046] 在图8及9中所示的一替代实施例中，来自所述灰泥混合物的蒸汽受迫上升并经由一空气出口150退出增压室22。空气出口150定位于冷却器外壳21的顶部处或附近，并高于灰泥出口29的水平，从而允许移除增压室22中的蒸汽。脱离区160为增压室22中一定位于灰泥出口29上方的向上延伸部分。当空气经由空气出口150自增压室22中移除时，脱离区160提供允许所述灰泥粉末颗粒在可能进入空气出口150之前落下并退回的空间，以防止在经由空气出口150退出的空气中夹带灰泥粉末颗粒。空气出口150通常与一收集并过滤空气中的任何灰泥颗粒残留的集尘器(未显示)流体连通。然而，已发现所述空气出口并非必不可少，且通过使蒸汽能够经由灰泥出口29退出增压室22来实现充分的冷却。 [0047] 也可通过使用多于一个并联或串联的冷却设备20来满足冷却系统的性能要求。一类似的布置阐述于第6,138,377号美国专利中。另外，如果进一步干燥或冷却到212°F以下，则可将退出灰泥出口29的灰泥馈送至一所属领域的技术人员所熟悉的干燥器，例如一流化床干燥器。任何提供一空气流而不向灰泥增加热量的干燥器均可考虑用于所述干燥器。 |
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