книги из ГПНТБ / Волженский А.В. Гипсовые вяжущие и изделия (технология, свойства, применение)

ная на температуры выше ПО—120°С, легко обуглива­ ется, забивается пылью, теряет свою эластичность и приобретает хрупкость и ломкость, а при снижении тем­ пературы и конденсации водяных паров замазывается. В настоящее время рукавные фильтры заменены элек­ трофильтрами. Схема электрофильтра показана на рис. II. 4. Газ движется в электрофильтре в горизонтальном направлении. Равномерное его распределение по всему сечению камеры обеспечивают две распределительные

Рис. 11.4. Схема устройства электрофильтра

1—корпус фильтра: 2—диффузор; 3—конфузор; 4 и 5—входной и выходной патрубки; 6—газораспределительные решетки; 7—механизм встряхивания ре­ шеток; 8—осадительные электроды; 9—коронирующие электроды: 10—бункер­ ная часть кожуха; /0—шлюзовые затворы; 12—механизм встряхивания элек­

тродов

решетки, расположенные в диффузоре. Полотно осади­ тельных электродов изготовлено из листовой волнистой стали. Коронирующие электроды ■— рамной конструкции с вертикальными, натянутыми в виде спирали провода­ ми. Питание электрофильтров током высокого напряже­ ния осуществляется от повысительно-выпрямительных электроагрегатов. Осадительные электроды заземлены и подключены к положительному полюсу, а коронирую­ щие — изолированы от земли и соединены с отрицатель­ ным полюсом выпрямителя электроагрегата.

В зоне коронного разряда происходит интенсивная ионизация газа. Встречаясь со взвешенными в газе ча­

43

стицами пыли, ионы и электроны газа передают им свой заряд, вследствие чего частицы устремляются к проти­ воположно заряженным электродам и осаждаются на их поверхности. Периодическим встряхиванием с помощью специального механизма электроды очищаются от пыли. Последняя собирается в бункерной части корпуса элек­ трофильтра. Так как пыль осаждается и на газораспре­ делительных решетках, то они периодически встряхива­ ются с помощью молотковых встряхивателей, действую­ щих от привода. Удаление пыли из электрофильтра про­ изводится непрерывно. Для уменьшения потерь тепла от излучения в окружающую среду корпус электрофильтров снаружи покрыт слоем теплоизоляции. Для нормальной работы электрофильтров температура очищаемого газа должна быть на 20° выше точки росы при соответствую­ щем влагосодержании газа (обычно объем водяных паров составляет более 10% объема сухих газов).

Большая производительность Электрофильтров поз­ волила включить в общую систему пылеочистки не толь­ ко мельницы, но и гипсоварочные котлы, камеры «том­ ления» и местную аспирацию источников пыления в це­ хах гипса.

Концентрация пыли в 1 м3 выбрасываемых в атмос­ феру газов после системы пылеочистки не превышает 0,1 мг твердого вещества, что полностью удовлетворя­ ет требованиям санитарной техники.

С 1969 г. взамен электрофильтров Ц7,5-СК на гип­ совых предприятиях устанавливают более совершенные фильтры УГ1-2-10 и УГ1-3-10 (табл. II. 1).

По данным американской фирмы «Ризёрч-Кетрил», проводившей испытания десяти типов электрофильтров на гипсовых заводах, установлено, что производитель­ ность их увеличивается при повышении скорости газо­ вого потока в активном сечении электрофильтра. Пре­ дел скорости соответствует моменту, когда осажденная на электродах гипсовая пыль сдувается и снова пере­ ходит во взвесь. Оптимальная скорость газов — 2 м/сек. Увеличенная скорость газового потока позволяет до­ биваться большей степени пылеосаждения при мень­ шей длине разрядного электрода и меньшей поверхно­ сти собирательных электродов, что в свою очередь да­ ет возможность уменьшить габариты и массу электро­ фильтров, рассчитанных на определенную производи­ тельность.

14

Т а б л и ц а 11.1. Технические характеристики электрофильтров

Гипсовый порошок, осажденный в системе пылеочистки, поступает в расходные бункера, размещаемые у уста­ новки для обжига, в частности у варочного котла

(рис. II. 5).

В настоящее время выпускаются гипсоварочные кот­ лы малой емкости (3—5 ж3) и большой (15—25 ж3) с жаровыми трубами. .

После прогрева котла в него начинают постепенно загружать гипсовый порошок при включенной мешалке. Продолжительность варки зависит от размера котла, от особенностей сырья и температуры его в момент за­ грузки в котел, а также от степени частичной дегидра­ тации поступающего в него гипса. Обычно длительность варки колеблется в пределах от 1 до 3 ч. На рис. II. 6 представлена характерная кривая варки гипса, на кото-

45

Рис. II.5. Гипсоварочный котел

/ —вертикальный стальной барабан: 2—сферическое днище; 3—вертикальный вал; 4—лопасти; 5—крышка; 5—жаровые трубы; 7—дымовая труба: 8—шнек; 9—труба для удаления паров воды: 10—люк; 11—шибер для выпуска готово­

го гипса

рой отчетливо выделяются три участка: А Б — соответ­ ствует нагреву порошка от температуры, которую он имел при загрузке, до температуры примерно 120° С; ли­ ния БВ соответствует процессу обезвоживания гипса и испарения гидратной воды, этот период характеризуется «кипением» массы, и, наконец, последний — участок

46

дальнейшего подъема температуры полугидрата. По ме­ ре прекращения парообразования и увеличения плотно­ сти (удельного веса) материала он оседает в котле (первая «осадка» гипса). Нагревание материала с подъемом температуры до 170—200°С может привести к обезвоживанию полуводного гипса до растворимого ангидрита (вторая «осадка» гипса) и к ухудшению его качества.

Рис. 11.6. Температурная кривая варки гипса Но­ вомосковского месторож­ дения

Уменьшению водопотребности продукта и повышению его прочностных свойств способствует добавка в гипсо­ варочный котел поваренной соли. По данным В. А. Ипа­ тьевой при добавке соли в количестве 0,1—0,15% массы гипса нормальная густота снижается до 45—50%, а прочность продукта увеличивается до 150 кгс]см2 и более.

Для снижения водопотребности строительный гипс иногда подвергают искусственному «старению», которое сводится к обработке готового продукта паром. Проис­ ходящее при этом оводнение гипса с образованием на его частичках пленок двугидрата при последующем затворении водой позволяет снизить водопотребность.

По данным ряда исследователей, улучшению качест­ ва гипса способствует вторичный помол гипса в шаро­ вых мельницах после варки. Во время размола в ша­ ровых мельницах обнажается двугидрат, оставшийся необезвоженным в ядре частиц. Под влиянием тепла, раз­ вивающегося от трения и ударов шаров, CaS0 4-2H20 дегидратируется, а растворимый ангидрит присоединяет водяные пары и переходит в полуводный гипс. Одновре­ менно с измельчением частицам придается таблитчатая, чешуйчатая форма, улучшающая пластические свойст­ ва материала. В мельницу рекомендуется загружать гипс с температурой не выше 80—82°С. Во время из­

47

мельчения его температура повышается до 118—120° С. Загрузка мелющих шаров диаметром от 2,5 до 4 см должна приниматься из расчета 2 т шаров на 1 т из­ мельченного гипса в час.

Гипс в варочных котлах не соприкасается непосред­ ственно с топочными газами. В процессе варки он ин­ тенсивно перемешивается и равномерно нагревается, что обеспечивает получение однородного продукта высо­ кого качества, состоящего из лолуводного гипса без при­ месей других модификаций водного и безводного суль­ фата кальция. Это имеет важное значение, так как на­ личие двугидрата даже в небольшом количестве (1—2%), а также обезвоженного полугидрата, и особен­ но растворимого ангидрита, способствует значительному увеличению водопотребности продукта и, следовательно, снижению его прочностных показателей.

На отечественных гипсовых заводах предусмотрена тепловая блокировка варочных котлов и шахтных мель­ ниц. Для сохранения основных параметров производст­ ва при увеличении емкости котлов необходимо обеспе­ чить сжигание большого количества топлива. Теплопроизводительность же топочных устройств имеет опреде­ ленные пределы. Это не всегда принимается во внима­ ние при реконструкции и наращивании котлов. В ре­ зультате применяется вынужденная форсировка топки и повышение температуры факела горения, что наруша­ ет температурный режим во всей системе. Форсировка топочного процесса, особенно при работе на газовом или жидком топливе, неблагоприятно отражается на огнеупорной кладке топки, на днище и .нижней части обечайки котлов и снижает продолжительность их служ­ бы.

Дополнительный съем гипса может быть достигнут путем максимального использования тепла топочных га­ зов. Однако в этом случае необходимо учитывать сни­ жение теплопередачи с 1 м2 поверхности нагрева вслед­ ствие уменьшения разности средних температур газов и гипса по обе стороны стенок котла, а также ухудше­ ние условий сушки гипсового камня в шахтной мельни­ це и возможное удлинение цикла варки.

Весьма важной характеристикой является отношение активной площади теплопередачи (днища, жаровых труб и омываемой газами обечайки) к полезному, т. е. заполняемому материалом, объему гипсоварочного кот­

48

ла. Практикой установлены наиболее выгодные соотно­ шения {F/V), которые равны примерно 3:1, т. е. около 3 м2 поверхности нагрева на 1 м3 объема котла.

Недостатком рассмотренной схемы обжига гипса в варочном котле является периодичность работы, затруд­ няющая автоматизацию производственных процессов. Поэтому как в Советском Союзе, так и за рубежом ве­ дутся работы по созданию гипсоварочных установок не­ прерывного действия.

Рис. II.7. Обжиг гипса в установ­ ке непрерывного действия

/ —бункер молотого гипса; 2—топка; 3—канал-распределитель газа; 4-~ка­ мера обжига; 5—ребристый перфори­ рованный под; б-—трубчатый шнековый питатель; 7—слой дегидратирующегося гипса; 8—выход готового вяжущего; 9—вертикальные перегородки; 10—от­

сос влажного газа

На Ленинградском заводе гипсовых и мраморных из­ делий в 1967 г. была создана экспериментально-промыш­ ленная установка непрерывного действия для обжига гипса в псевдоразжиженном состоянии. Установка (рис. II. 7) состоит из газовой топки и прямоугольной обжи­ говой камеры с металлическим ребристым перфориро­ ванным подом, отделяющим камеру от нижней сужи­ вающейся части, которая примыкает к топке и служит

что отверстия в них защищены выступающей кромкой ребра от возможности попадания в них порошка гипса. Над камерой обжига расположен бункер гипсовой му­ ки, снабженный винтовым питателем, который непре­ рывно и равномерно подает материал на под камеры. По длине камера обжига разделена поперечными пере­ городками на отдельные секции. Изменяя положение перегородок, можно регулировать слой гипса на поду. В перекрытии камеры установлены газоотводные пат­ рубки вытяжной вентиляционной системы.

'Топочные газы, проходя через отверстия пода, про­ низывают слой материала и, отдавая тепло, дегидрати­ руют его частицы. Скорость прохождения газов уста­ навливается из расчета, чтобы создаваемый ими под­ пор был достаточен для приведения слоя материала в

49

псевдоразжнжеипое состояние и перемещения его к раз­ грузочному концу камеры, но не настолько велик, что­ бы уносить с собой тонкие фракции гипса.

Установка снабжена автоматическими устройствами, позволяющими регулировать подачу гипса в камеру об­ жига (путем изменения числа оборотов винтового пи­ тателя), в зависимости от температуры готового вяжу­ щего, эвакуируемого из установки.

Производительность установки 6 т строительного гипса в час. Площадь пода 4 м2. Разрежение в камере обжига равно 5 мм вод. ст. Температура топочных га­ зов на входе в камеру составляет 800°С, а температура

полная автоматизация производственных процессов; вы­ сокое тепловое напряжение площади пода, составляю­ щее 250—270 тыс. ккал/ч\ компактность и малые габа­ риты установки; высокое качество получаемой продук­ ции.

В г. Вожур (Франция) построен один из крупней­ ших в Европе гипсовых заводов, оборудованный непре­ рывно действующим реактором-теплообменником для дегидратации гипса [99]. В основу конструкции реакто­ ра-теплообменника заложен принцип перемещения вин­ товым транспортером материала при одновременном подводе к нему тепла через обогреваемые поверхности ограждения (кожух транспортера) и самого винта (шнека). Часовая производительность реактора 23 т готового вяжущего.

К числу тепловых аппаратов непрерывного действия для обжига гипса, в которых использован принцип, не­ посредственного соприкосновения материала с теплоно­ сителем (топочными газами), относится агломерацион­ ная установка фирм «Гебрюнер Кнауф» и «Шильде» в

ФРГ [161].

Производство строительного гипса с обжигом во вращающихся печах (сушильных барабанах)

По схеме производства гипса с обжигом в барабане (рис. II. 8) в зависимости от размера кусков исходного гипсового камня и кусков, направляемых в печь, дроб­ ление осуществляют по одноили двухступенчатой схе-

50

ме в щековых или других дробилках. Исходное сырье дробят-до размера частиц 0—35 мм в диаметре.

На обжиг обычно направляют фракции гипсового щебня 10—20 и 20—35 мм. Фракция 0—10 мм является отходом производства и используется в качестве муки для гипсования почвы или после дополнительного по­ мола идет на обжиг в варочных котлах. Фракции 10—20 и 20—35 мм обжигаются раздельно. Материал элевато­ ром передают в расходный бункер и с помощью тарель­ чатого питателя непрерывно направляют во вращающую­ ся печь.

Рис. II.8. Схема производства гипса с обжигом во вращающихся печах (сушильных барабанах)

1—приемный бункер; 2—лотковый питатель; 3—ленточный транспортер; 4— молотковая дробилка; 5, 23, 27—элеваторы: 6—шнек; 7—бункер щебня; 8 и 16—> тарельчатые питатели; 9—бункер угля, 10—пневмозагрузчик угля; 11—скреб­ ковый трайспортер; 12—сушильный барабан; 13, 19, 20, 24, 26, 28—шнеки; 14— элеватор; 15—бункер обожженного щебня; 17—пылеосадительная камера; /5—вентилятор; 21—шаровая мельница; 22—течка; 25 и 29—бункер полуводного

гипса

Обжиг гипса может осуществляться за счет тепла газов, направляемых в печь, либо за счет передачи теп­ ла газов через стенки печи, как это происходит при наружном обогреве барабана. По направлению горячих газов относительно обжигаемого материала различают печи, работающие по принципу прямотока (направле­ ние движения газов и материала в печи совпадает) и противотока (газы и материал движутся навстречу друг другу). Последняя схема предпочтительнее, так как от­ личается пониженным расходом топлива.

Сушильные барабаны могут работать на твердом, жидком и газообразном топливе. Удельный расход ус­ ловного топлива в них составляет около 5—6% массы готового продукта. Температура газов в печах при вхо­

51

де и выходе их соответственно равна: 950—1000 и 170— 220°С при прямотоке и 750—800 и около 100°С при про­ тивотоке.

Обожженный материал направляется в расходные бункера, расположенные у шаровой мельницы. Выдер­ живание его в бункерах обычно способствует улучше­ нию продукта вследствие дегидратации неразложившегося двугидрата за счет тепла, аккумулированного в ма­ териале, и перехода растворимого ангидрита в полуводный гипс.

Измельчение обожженного материала производят в одноили двухкамерных шаровых мельницах.

Обжиг гипса во вращающихся печах идет непрерыв­ но и поддается автоматизации. Получающийся при этом гипс отличается пониженной водопотребностью и повы­ шенным качеством. Этот способ производства в настоя­ щее время получил применение в отечественной и зару­ бежной практике.

Производство строительного гипса во взвешенном состоянии

Эта технология (рис. II. 9) включает следующие ос­ новные операции: дробление камня в щебень до размеров 0—40 мм; совмещенные сушку, помол и обжиг его в мельницах (шахтных, шаровых и т. п.) при температу­ ре входящих газов 600—700°С; осаждение обожженно­ го материала в пылеосадительных аппаратах; транспор­ тирование на склад готовой продукции.

Схемы получения гипса этим способом отличаются друг от друга типами устанавливаемых мельниц и дро­ билок, а также наличием или отсутствием рециркуля­ ции газов, прошедших пылеосадительные устройства.

Рециркуляция, хотя и связана с дополнительным расходом электроэнергии, позволяет использовать для разбавления горячих газов вместо холодного воздуха газы с температурой 120—130°С.

При совмещенном помоле и обжиге двуводного тип--

устройств.

В тихоходных шаровых мельницах, где материал на­ ходится значительное время, процесс дегидратации про­ текает преимущественно в них. В быстроходных (азро-

г>2