DE60019688T2

DE60019688T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen und zum Entfernen von Dampf von kalziniertem Stuckgips

Info

Publication number: DE60019688T2
Application number: DE60019688T
Authority: DE
Inventors: Michael L. Ingleside Bolind; Michael J. Hanover Park Porter
Original assignee: United States Gypsum Co
Current assignee: United States Gypsum Co
Priority date: 1999-07-21
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2020-07-20
Also published as: CA2310749C; US6138377A; CA2310749A1; MXPA00007021A; EP1070683B1; EP1070683A1; DE60019688D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zum Kühlen und Entfernen von Dampf aus kalziniertem bzw. gebranntem Stuckgips (Kalziumsulfat-Hemihydrad). Das Kühlen von Gipsstuck war in der Gipsindustrie für zahlreiche Jahrzehnte von Interesse. Stuck ist physikalisch und thermodynamisch instabil bei hohen Temperaturen. Um seine Qualität aufrecht zu erhalten, sollte der Stuck schnell gelüftet und unter die Kalzinierungstemperatur 121 °C (250 °F) gekühlt werden. Dies wird insbesondere korrekt, wenn der kalzinierte Stuck für einige Zeit zu lagern ist.
Heißer und dampfender kalzinierter Stuck, der in Behältern gelagert wird, wird mit der Zeit altern. Dieses Alterungsverfahren beeinträchtigt nachteilig zahlreiche der wünschenswerten Eigenschaften des Stucks, umfassend bzw. beinhaltend Gießkonsistenz, Hydrationsgeschwindigkeit bzw. -rate, Aufhärtungszeit, Antwort auf Beschleuniger und Potential in bezug auf die Festigkeitsentwicklung. Wenn ein Speicher- bzw. Lagersilo nicht seine Inhalte auf einer "first-in-first-out" (zuerst hinein zuerst hinaus) Basis ausleert, kann die Qualität des Stucks, der aus dem Speicher entfernt wird, drastisch variieren. So ist das Kühlen und Entfernen von Dampf aus kalziniertem Stuck vor einer Lagerung wesentlich für eine Langzeitstabilität.
Neben einer Alterungsstabilität während einer Lagerung wird ein weiteres Problem durch eine mechanische Energie vom Rohrmühlenmahlen während der Ver- bzw. Bearbeitung des Stucks bewirkt. Die mechanische Energie führt mehr Hitze zu dem Stuck zu, wodurch verhindert wird, daß zahlreiche Anlagen fähig sind, Temperaturerfordernissen für ein Einfüllen des Stucks in Säcke zu genügen. So erlaubt ein unmittelbares Kühlen und Entfernen von Dampf aus heißem kalziniertem Stuck es dem Stuck, daß er geeignet in Säcke gefüllt bzw. abgepackt wird.
Ein weiteres Problem bei Stuck höherer Temperatur resultiert, wenn der Stuck unmittelbar in der Herstellung von Gips- bzw. Gipskartonplatten verwendet wird. Wenn die Aufschlämmungstemperatur der Stuckmischung zu hoch ist, wird die Festigkeit der resultierenden Gipsplatte nachteilig beeinflußt. Daher stellt ein ausreichend gekühlter Stuck eine kühlere Mischaufschlämmungstemperatur zur Verfügung und resultiert in einem entsprechend stärkeren Gipsplattenkern.
Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik zum Kühlen und Entfernen von Dampf aus Stuck sind teuer, erfordern einen hohen Energieverbrauch und haben große Raumerfordernisse. Einige Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik verwenden einen Vakuumtransport zu dem Lagersilo zu Kühlzwecken. Der Stuck wird während einer Saugförderung zu dem Silo gekühlt. Diese Art eines Kühlens erfordert einen hohen Energieverbrauch aufgrund der Luftmenge und Vakuumsniveaus, die für ein Kühlen und Fördern erforderlich sind.
Andere Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik, wie ein Trommelkühler verwenden eine rotierende Trommel, wobei Wärmetauscherrohre darin angeordnet sind. Kühlluft wird von der Außenseite durch die Rohre hineingezogen bzw. ange saugt. Diese Anordnung erfordert ein Kühlluftgebläse, ebenso wie eine Gebläse- bzw. Blaseinrichtung, um den Stuck durch die Trommel zu bewegen. Weiters erfordert die rotierende Trommel einen höheren Energieverbrauch und Wartungskosten.
Wirbelbettkühler gemäß dem Stand der Technik verwenden einen direkten Wärmetransfer im Querstrom durch ein Blasen von Kühlluft in den Boden des Wirbelbettkühlers und Zwingen bzw. Beauschlagen derselben nach oben durch das aufgewirbelte Stuckpulver. So wird der Stuck direkt durch die Luft gekühlt. Die Luft wird von dem aufgewirbelten Stuck durch ein Sackfilter an dem obersten Abschnitt des Wirbelbettkühlers getrennt. Diese Art einer Anordnung erfordert eine große Luftmenge und eine große Bodenfläche, um eine lange Verweilzeit innerhalb des Kühlers zu erreichen, welche für ein Kühlen des Stucks erforderlich ist. Eine teure Gebläseeinrichtung mit hohem Volumen ist für ein derartiges System erforderlich.
DE 34 37 381 A offenbart einen fluidisierbaren Feststoff/Gas-Wärmetauscher. Die zylindrische Vorrichtung steht auf einer vertikalen Achse. Heißes Material tritt durch einen Einlaß ein und bewegt sich, unterstützt durch einen Rührer, in einem allgemein horizontalen schrauben- bzw. helixförmigen Pfad bzw. Weg allgemein innerhalb des Niveaus, das durch eine Wand definiert ist, und tritt durch einen Auslaß aus. Das Material wird durch Luft gekühlt, die nach oben durch den Boden des Plenums fließt. Der Luftstrom verwirbelt bzw. fluidisiert auch die Materialschicht in der Kammer.
US A 3 672 069 offenbart einen Wirbelbett-Wärmetauscher, der für ein Kühlen von nicht eisenhältigen Metallen, wie Aluminiumoxid (Al₂O₃) von 1100 °C auf 200° bis 570 °C gedacht ist, wobei mittlere bzw. durchschnittliche Temperaturen in den Abteilen zwischen 300 °C und 400 °C liegen. Der Kühler ist mit zwei oder mehr Kammern versehen, die durch Drosselwände absteigender bzw. abnehmender Höhe getrennt sind, so daß das Material über jede Drosselwand fließt bzw. strömt, wenn es sich nach unten zu dem Auslaß bewegt. Jede Kammer ist mit einem fluidisierenden bzw. Wirbelgas durch Gasverteiler und einer gesonderten Kühlspule versehen.
DE 24 14 768 A offenbart eine Vorrichtung, die insbesondere für ein Kühlen von gemahlenem Zement geeignet ist, welche grundsätzlich zwei große vertikale Rohre umfaßt; in einer Ausbildung nebeneinander, in der anderen Ausbildung ist eines konzentrisch zu dem anderen. Ein Rohr ist mit einer Anzahl von Kühlblocken versehen, die einer über dem anderen angeordnet sind. Das heiße voluminöse bzw. Eintragsmaterial wird durch einen Einlaß auf der Oberseite dieses Rohrs eingebracht und bewegt sich aufgrund der Schwerkraft nach unten, während es auf die aufeinanderfolgenden Kühlspulen auftrifft. Nach einem Bewegen nach unten durch das Kühlrohr geht das Material unter einer Trennwand zu dem Boden des zweiten Rohrs, wo es durch einen starken Luftstrom nach oben durch das zweite Rohr und aus seinem Auslaß gefördert wird.
EP 0 694 749 A1 offenbart eine Kühlvorrichtung, die für ein Kühlen von Aschen oder Schlacken gedacht ist, welche aus einer großen Leitung besteht, die entlang einer Achse angeordnet ist, die unter einem spitzen Winkel von der Hori zontalen geneigt ist. Eine Anordnung von kühlenden Wärmetauscherrohre erstreckt sich zentral innerhalb der Leitung entlang ihrer Achse. Die Endwand der Vorrichtung läßt einen Auslaß an der Oberseite der Leitung frei und bestimmt dadurch das Materialniveau in der Vorrichtung. Aufgrund der geneigten Anordnung in der Vorrichtung werden die Kühlspulen zunehmend in die Materialinhalte zu dem Auslaß eingetaucht. Die untere Wand der Vorrichtung ist mit einer Mehrzahl von Düsen versehen, welche Durchlüftungs- oder Belüftungsgase einbringen.
EP 0 567 167 A1 offenbart eine Kühlvorrichtung, die aus einem vertikal angeordneten schlanken Kessel bzw. Behälter besteht, der eine erste Plenumkammer aufweist, die von einer zweiten Plenumkammer durch eine Trennung bzw. Unterteilung getrennt ist. Hier besteht eine Öffnung unter der Trennwand. Im Betrieb tritt heißes Material durch einen Einlaß ein, der unter der oberen Kante der Trennung angeordnet ist, bewegt sich durch die Kammer, wobei ein Kühlmittel passiert wird, dann durch eine Öffnung nach oben durch eine weitere Kammer, wobei ein weiteres Kühlmittel passiert wird, und tritt durch einen Auslaß aus.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kühlen eines zu entgasenden Stucks zur Verfügung zu stellen, welche einen niedrigen Druck, niedrige Kapazität und weniger teuere Gebläse- bzw. Blasausrüstung erfordern.
Dieses Ziel wird durch eine Vorrichtung, welche die in Anspruch 1 geoffenbarten Merkmale aufweist, und ein Verfahren erfüllt, das die in Anspruch 12 geoffenbarten Merk male aufweist. Bevorzugte Ausbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen geoffenbart.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine aufgerichtete kompakte Vorrichtung zum Kühlen und Entfernen von Dampf aus Stuck bzw. Stuckgips ohne den großen Raum und die hohen Energieerfordernissen der Kühlvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik zur Verfügung gestellt.
Weiters werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kühlen und Entfernen von Dampf aus Stuckgips zur Verfügung gestellt, welches) höhere Wärmeübertragungskoeffizienten als Kühlvorrichtungen und Verfahren gemäß dem Stand der Technik zeigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kühlen und Entfernen von Dampf aus heißem kalziniertem Stuck bzw. Stuckgips, der in der Herstellung von Gipsplatten oder Gipsprodukten verwendet wird. Die Vorrichtung ist ein Wirbelbett-Stuckgipskühler. Heißer und dampfhaltiger kalzinierter Stuckgips wird direkt zu der Vorrichtung von einem Kalzinierkochkessel transferiert. Die Vorrichtung kann in einer Stuck- bzw. Stuckgipsbearbeitungsanlage implementiert sein, wo der Stuckgips für einen Zeitraum nach dem Kühlverfahren gelagert werden kann, oder sie kann auch direkt in eine Gipsplatten-Produktionsanlage bzw. -straße zur unmittelbaren Verwendung implementiert sein. Jede Vorrichtungseinheit alleine stehen oder mehrere können in Serie oder parallel in Abhängigkeit von dem Verfahrensausstoß und den Kühlerfordernissen des Systems verbunden sein.
Die Vorrichtung umfaßt ein Kühlergehäuse, das ein Plenum mit einem Stuck- bzw. Stuckgipseinlaß und einem Stuck- bzw. Stuckgipsauslaß aufweist, die nahe der Oberseite des Plenums angeordnet sind. Das Plenum ist im wesentlichen in zwei Kammern durch eine Plenumwand unterteilt, mit Ausnahme eines Durchtritts nahe dem Boden des Plenums. Der Stuckgipseinlaß ist in direkter Fluidverbindung mit einer der Plenumkammern und der Stuckauslaß ist in direkter Fluidverbindung mit der anderen Plenumkammer. So wird ein Durchtritt zwischen dem Plenum von dem Stuckgipseinlaß nach unten zu und durch den Plenumkammerdurchtritt und nach oben zu dem Stuckgipsauslaß zur Verfügung gestellt.
Heißes und dampfhaltiges Stuckgipspulver tritt in das Plenum von einem Kalzinierkochkessel bei einer Temperatur von etwa 150 °C (300 °F) ein und wird durch ein Wirbelkissen verwirbelt, das an dem Boden des Plenums des Kühlergehäuses angeordnet ist. Das Fluidisierungs- bzw. Wirbelkissen ist eine allgemein rechteckige Kammer, die eine perforierte obere Oberfläche und eine Bodenoberfläche mit einem Lufteinlaß aufweist. Das Wirbelkissen ist von relativ geringer Höhe verglichen mit der Plenumhöhe und ist derart positioniert, daß die perforierte obere Oberfläche die Bodenfläche des Plenums umfaßt. Luft, die von einer Blaseinrichtung bzw. einem Gebläse zugeführt wird, wird durch die perforierte obere Oberfläche diffundiert und in das Plenum des Kühlergehäuses eingebracht. Um die Effektivität der Verwirbelung des Stuckgipses zu erhöhen, werden Rühreinheiten verwendet, um das Stuckgipspulver mit der Luft zu vermischen, um ein Kanalbilden der Luft direkt durch das Pulver zu verhindern. Die Rühr- bzw. Vermischeinheiten haben Rührpropeller, die an Wellen festgelegt sind, welche durch Rohre in dem Wirbelkissen hindurchtreten, so daß die Propeller direkt über der perforierten oberen Oberfläche des Wirbelkissens angeordnet sind. Jede Misch- bzw. Rühreinheit hat auch eine Lagereinheit. Die Rühreinheiten sind durch einen Motor mit einer geeigneten Umdrehung pro Minute bzw. Drehzahl angetrieben, um eine geeignete Fluidisierung bzw. Verwirbelung sicherzustellen.
Eine Mehrzahl von typischen Kühlspuleneinheiten, die Kühlspulen aufweisen, ist innerhalb von beiden Kammern des Plenums angeordnet, wodurch ein Kühlbett ausgebildet wird. Jede Kühlspuleneinheit hat einen Wärmeübertragungs-Fluideinlaß und -auslaß, wodurch ein Wärmeübertragungsfluid durch die Kühlspule fließt. Diese Kühlspuleneinheiten können in Serie mit einer Wärmeübertragungs-Fluidzufuhrleitung verbunden sein, oder jede Einheit kann individuell mit einem Verteiler verbunden sein, welcher mehrere individuelle Leitungen von einer Hauptzufuhrleitung zur Verfügung stellt. Typischerweise ist das Wärmetransfer- bzw. Wärmeübertragungsfluid Wasser, welches in einem Kühlwasserrezirkulationssystem innerhalb der Produktionsanlage rezykliert wird. Die Kühlspulen werden verwendet, um den Stuckgips zu kühlen, welcher die Spulen über das Wirbelbett kontaktiert, das durch die Kühlsystemblaseinrichtungen und Misch- bzw. Rühreinrichtungen generiert ist. Der Stuckgips tritt in die erste Plenumkammer durch den Stuckgipseinlaß an der Oberseite der Kammer ein und fließt bzw. strömt nach unten über die Kühlspulen, die in der ersten Kammer angeordnet sind, mittels Schwerkraft. Wenn bzw. da der Stuckgips durch das Plenum wandert, wird er über die Luft verwirbelt, die durch das Wirbelkissen der Blaseinrichtung bzw, des Gebläses eingebracht wird bzw. ist. Die Verwirbelung des Stuckgips fördert bzw. unterstützt den natürlichen Fluß des Stuckgips über die Spulen und erhöht die effektive Wärmeübertragung von dem Stuckgipspulver zu den Kühlspulen. Das Wärmeübertragungsfluid strömt bzw. fließt durch die Kühlspuleneinheiten in einer Entrichtung entgegengesetzt zu dem Fluß des Stuckgipses. Wenn der Stuckgips den Boden des Plenums erreicht, tritt er in die zweite Kammer des Plenums durch den Bodenplenumdurchtritt ein und fließt natürlich nach oben über die Kühlspulen, die in der zweiten Kammer angeordnet sind.
Während dem Kühlverfahren bzw. -prozeß wird der Dampf aus dem Stuckgips und eine Dampfmischung nach oben und aus dem Plenum durch einen Luftauslaß gezwungen. Der Luftauslaß ist an der Oberseite des Kühlergehäuses angeordnet und ist in direkter Fluidverbindung mit beiden Kammern des Plenums, wodurch die Entfernung von Dampf aus beiden Kammern ermöglicht wird. Eine Trennzone ist an der Oberseite des Plenums des Gehäuses unter dem Luftauslaß zur Verfügung gestellt. Die Trennzone ist ein sich nach oben erstreckender Abschnitt bzw. Bereich des Plenums, welcher einen zusätzlichen Plenumraum zur Verfügung stellt, um es den Stuckgipspulverteilchen zu ermöglichen, zurück von der austretenden Luft zu fallen, wodurch ein Mitreißen der Teilchen in der Luft verhindert wird, welche durch den Luftauslaß austritt. Der Stuckgips wird dadurch gekühlt und Dampf entfernt, wenn er den Stuckauslaß an der Oberseite der zweiten Plenumkammer erreicht. Der gekühlte und von Dampf befreite Stuckgips befindet sich typischerweise auf einer Temperatur zwischen 65 °C (150 °F) und 93 °C (200 °F), wenn er das Kühlergehäuse verläßt, weit unter der Kalzinier- bzw. Brenntemperatur von 121 °C (250 °F). Der gekühlte und von Dampf befreite Stuckgips kann dann ohne das Risiko von wesentlichen nachteiligen Effekten aufgrund eines Alterns gelagert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Vorderaufrißansicht der Wirbelbett-Stuckgips-Kühlvorrichtung, die hierin beschrieben ist, die mit Richtungspfeilen den Strömungs- bzw. Flußweg des Stuckgipspulvers durch das Plenum des Kühlergehäuses anzeigt.
2 ist eine Seitenaufrißansicht der Wirbelbett-Stuckgips-Kühlvorrichtung von 1.
3 ist eine Seitenaufrißansicht einer Kühlspuleneinheit, die die Kühlspule zeigt, die verwendet wird, um den Stuckgips innerhalb des Plenums des Kühlergehäuses zu kühlen.
4 ist eine Vorderaufrißansicht der Kühlspuleneinheit.
5 ist eine Draufsicht auf das Wirbelkissen, das eine obere perforierte Oberfläche aufweist.
6 ist eine Seitenaufrißansicht des Wirbelkissens, das Rührer bzw. Mischeinrichtungen daran festgelegt aufweist.
7 ist eine Seitenaufrißansicht einer Rührerwelle und einer Lagereinheit der Rührer, die durch das Wirbelkissen in 6 festgelegt bzw. montiert sind.
8 ist eine Bodendraufsicht auf die Rührerwelle und die Lagereinheit in 7.
9 ist ein allgemeines Diagramm, das ein Stuckgipskühlsystem zeigt, welches drei Wirbelbett-Stuckgips-Kühlvorrichtungen umfaßt, die in Serie verbunden sind.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Eine Wirbelbett-Stuckgips-Kühlvorrichtung 20 zum Kühlen und Entfernen von Dampf aus heißem kalziniertem Stuckgips ist in 1 und 2 gezeigt. Die Stuckgips-Kühlvorrichtung 20 umfaßt im wesentlichen ein Kühlergehäuse 21, das ein Plenum 22 darin aufweist. Das Plenum 22 ist im wesentlichen in eine erste Kammer 23 und eine zweite Kammer 24 durch eine Plenumwand 25 unterteilt, mit der Ausnahme eines Abschnitts bzw. Bereichs der Plenumwand 25, welche einen Durchtritt 26 nahe dem Boden des Plenums 22 ermöglicht. Das Plenum 22 hat auch eine sich aufwärts erstreckende Trenn- bzw. Außereingriffszone 27 an der Oberseite des Kühlergehäuses 21 über der ersten Kammer 23 und der zweiten Kammer 24. Das Kühlergehäuse 21 hat einen Stuckgipseinlaß 28 und einen Stuckgipsauslaß 29, die beide nahe der Oberseite des Kühlergehäuses 21 unter der Trennzone 27 angeordnet sind. Der Stuckgipseinlaß 28 ist in direkter Fluidverbindung mit der ersten Kammer 23 des Plenums 22 und der Stuckgipsauslaß 29 ist in direkter Fluidverbindung mit der zweiten Kammer 24 des Plenums 22. Es wird so ein Strömungs- bzw. Flußpfad innerhalb des Plenums 22 ausgebildet, wie dies durch die Pfeile in 1 dargestellt ist. Indem zwei Plenumkammern verwendet werden, wird effektiv die Länge des Flußpfads innerhalb des Plenums 22 verlängert. Jedoch kann auch eine einzige Plenumkammer verwendet werden.
Die Stuckgips-Kühlvorrichtung 20 kann alleine stehen oder kann in Serie mit verschiedenen anderen Kühlern, wie dies in 9 dargestellt ist, in Abhängigkeit von den Kühlerfordernissen des Systems verbunden sein. In einer bevorzugten Ausbildung ist die Stuckgips-Kühlvorrichtung 20 kompakt und aufgerichtet, wodurch ihre Gesamtlänge minimiert wird. Wie dies in 1 gezeigt ist, ist ein Abstütz- bzw. Supportarm 70 an beiden Seiten des Kühlergehäuses 21 vorgesehen, um die Stuckgips-Kühlvorrichtung in einer aufgerichteten Position zu halten bzw. zu unterstützen. Der Supportarm 70 liegt auf einem Supportbalken bzw. -träger 72 auf bzw. ruht auf diesem.
Eine Serie von Kühlspuleneinheiten 50 ist innerhalb von beiden Kammern 23 und 24 des Plenums 22 positioniert. Die Kühlspuleneinheiten 50 sind gut bekannt in der Wärmetransfer- bzw. Wärmeübertragungsindustrie und können kundenspezifisch für eine spezifische Anwendung ausgebildet sein. Eine typische Kühlspuleneinheit ist in 3 und 4 gezeigt. Wie dies in 3 gezeigt ist, hat jede Kühlspuleneinheit 50 eine Kühlspule 52, welche an einer vorderen Platte 58 festgelegt ist. In einer bevorzugten Ausbildung besteht die Kühlspule 52 aus rostfreiem Stahl. Rostfreier Stahl wird aufgrund seiner Festigkeit und Zuverlässigkeit verwendet. Jedoch sind Kupfer oder andere Materialien, die für eine Wärmeleitung dienlich bzw. förderlich sind, verfügbar und können auch verwendet werden. Die Kühlspule 52 ist beabstandet, um es dem Stuckgipspulver und der Luftmischung zu ermöglichen, über die Kühlspule 52 innerhalb des Plenums 22 zu strömen bzw. zu fließen, ohne den Flußpfad zu verklumpen bzw. zu verstopfen, und einen effektiven Wärmetransfer von dem Stuckgips zu dem Wärmetransferfluid innerhalb der Kühlspule 52 zu ermöglichen. Die Kühlspule 52 ist innerhalb des Plenums 22 in querverlaufender Beziehung zu dem Flußpfad des Stuckgipses angeordnet. In einer bevorzugten Ausbildung wird Wasser als das Wärmeübertragungsfluid verwendet. Wasser wird typischerweise von einem Kühlwasser-Rezirkulationssystem innerhalb der Bearbeitungsanlage zugeführt. Die Temperatur des Kühlwassers ist typischerweise in dem Bereich von etwa 5 °C (40 °F) bis 37 °C (100 °F) in Abhängigkeit von der Jahreszeit und ob das Kühlwasser rezykliert wurde. Offensichtlich verringert Wasser höherer Temperatur die Wärmetransferkapazität der Kühlspule 52. Das Wärmeübertragungs- bzw. -transferfluid tritt in die Kühlspule 52 durch einen Spuleneinlaß 54 ein und verläßt sie durch einen Spulenauslaß 56. Jede Kühlspuleneinheit 50 kann in Serie über die Spuleneinlässe 54 und die Spulenauslässe 56 mit einer Wärmetransferfluid-Zufuhrleitung von dem Kühlwasser-Rezirkulationssystem verbunden sein, oder jede Kühlspuleneinheit 50 kann individuell mit einem Verteiler (nicht gezeigt) verbunden sein, welcher mehrere individuelle Zufuhrleitungen zur Verfügung stellt, welche direkt mit jedem Kühlspuleneinlaß 54 von jeder Kühlspuleneinheit 50 verbunden sein kann. In dieser Konfiguration kann jeder Kühlspulenauslaß 56 von jeder Kühlspuleneinheit 50 ebenfalls in gleicher Weise mit einem Verteiler (nicht gezeigt) verbunden sein, um es Wasser zu ermöglichen, zu einer einzigen Wasserrückführleitung des Kühlwasser-Rezirkulationssystems zurückzukehren. Ein Wärmetransfer bzw. Wärmeübertragung von dem Stuck zu dem Wasser wird durch fundamentale Wärmetransferprinzipien erreicht. Das Wärmeübertragungsfluid fließt bzw. strömt durch die Kühlspuleneinheit 50 in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Fluß des Stuckgipses. Wenn eine Einheit ersetzt oder gewartet werden muß, wird die Kühlenspuleneinheit 50 mit Handgriffen 59 versehen, um es einem Betätiger zu ermöglichen, die Einheit aus dem Plenum 22 des Kühlergehäuses 21 zu entfernen.
Um das Stuckgipspulver zu verwirbeln bzw, zu fluidisieren, wird ein Wirbelkissen 30 an dem Boden des Kühlergehäuses 21 vorgesehen, wie dies in 5 gezeigt ist. Das Wirbelkissen 30 ist eine allgemein rechteckige Kammer, die eine perforierte obere Oberfläche 32 und eine Bodenoberfläche 33 mit einem Lufteinlaß 46 aufweist, wie dies in 5 und 6 gezeigt ist. Das Wirbelkissen 30 ist an dem Boden des Kühlergehäuses 21 festgelegt bzw. angelenkt. Die perforierte obere Oberfläche 32 bildet den Boden des Plenums 22. Die Perforationen diffundieren bzw. verteilen die Luft, wenn sie in das Plenum 22 eintritt. Luft, die durch ein Gebläse bzw. eine Blaseinrichtung (nicht gezeigt) zur Verfügung gestellt ist, tritt in das Wirbelkissen 30 durch den Lufteinlaß 46 ein und wird durch die perforierte obere Oberfläche 32 diffundiert und in das Plenum 22 des Kühlergehäuses 21 eingebracht. Diese Luft hilft das Stuckgipspulver so zu verwirbeln, daß es effektiv durch das System fließt. Diese Luft hilft auch, den Dampf aus dem Stuckgipspulver zu entfernen.
Um die Verwirbelungsluft am Kanalbilden direkt durch das Stuckpulver zu hindern und einen Aufbau bzw. ein Ablagern von Stuckpulver an den Kühlspulen 52 und innerhalb des Plenums 22 zu verhindern, werden Rühr- bzw. Mischeinrichtungen 34 verwendet, um das Stuckpulver mit der Luft zu vermischen. Das Mischen des Stuckpulvers durch die Rühr- bzw. Mischeinheiten 34 erhöht auch effektiv den gesamten Wärmeübertragungskoeffizienten des Systems. Jede Rühr- bzw. Mischeinheit 34 hat einen Rührerpropeller bzw. einen Rührerflügel 37, der an einer Welle 36 montiert bzw. festgelegt ist, welche durch ein Rohr 35 in dem Wirbelkissen 30 derart durchtritt, daß der Propeller 37 direkt über der perforierten oberen Oberfläche 32 des Wirbelkissens 30 angeordnet ist. Das Rohr 35 ist typischerweise eine metallische Hülse, welche an das Wirbelkissen 30 angeschweißt ist, wodurch die Ummantelung des Wirbelkissens 30 aufrecht erhalten wird. Jede Rühreinheit 34 hat auch eine Lagereinheit 38, wie dies in 7 und 8 gezeigt ist. Die Lagereinheit 38 hat einen Lagerflansch 39, der Montagelöcher 41 dadurch aufweist. Die Lagereinheit 38 ist bzw. wird durch das Rohr 35 in das Wirbelkissen 30 eingesetzt und der Lagerflansch 39 ist an der Bodenoberfläche 33 des Wirbelkissens 30 mit Bolzen oder Schrauben festgelegt. Die Rühr- bzw. Mischeinheiten 34 sind an dem Wirbelkissen 30 in 6 montiert gezeigt. Die Rühr- bzw. Mischeinheiten 34 werden durch einen Motor 40 angetrieben, wie dies in 1 gezeigt. In einer bevorzugten Ausbildung läuft der Motor 40 mit etwa 100 U/min.
Die Stuckkühlvorrichtung 20 erreicht bzw. erzielt eine Verwirbelung mit einer Niederdruck-Blaseinrichtung in Verbindung mit dem Wirbelkissen 30 und den Rühreinheiten 34. Da die Stuckgipskühleinrichtung 20 lediglich das Stuckgipspulver verwirbelt, um einen natürlichen Fluß des verwirbelten Stuckgipspulvers durch das System sicherzustellen, kann eine kleinere Blaseinrichtung verwendet werden, um lediglich das System zu fluidisieren. In einer bevorzugten Ausbildung hat eine Blaseinrichtung bzw. ein Gebläse eine Kapazität von etwa 0,0508 m³/s/m² (10 scfm pro Quadratfuß) einer horizontalen Querschnittsfläche des Plenums 22 und ein Bereitstellen eines Druckgefälles von etwa 48,3 KN/m² (7 psi) wird verwendet. Dies bildet das gewünschte Druckdifferential, um eine Verwirbelung bzw. Fluidisierung des Stuckgipspulvers in dem Stuckgipskühler 20 und dem Rest des Systems zu ermöglichen. Heißes und Dampf enthaltendes Stuckgipspulver tritt in das Plenum 22 des Stuckgipskühlers 20 von einem Kalzinierkessel (nicht gezeigt) bei einer Temperatur typischerweise im Bereich von 143 °C (290 °F) bis 160 °C (320 °F) ein. Unter Bezugnahme auf 1 tritt der Stuckgips in die erste Plenumkammer 23 durch den Stuckgipseinlaß 28 ein und fließt nach unten über die Kühlspulen 52 der Kühlspuleneinheiten 50, die in der ersten Kammer 23 angeordnet sind. Wenn der Stuckgips den Boden des Plenums 22 erreicht, tritt er in die zweite Kammer 24 des Plenums 22 durch den Durchtritt 26 ein und fließt bzw. strömt nach oben über die Kühlspulen 52 der Kühlspuleneinheiten 50, die in der zweiten Kammer 24 angeordnet sind, durch die natürlichen Druckeffekte des eintretenden Stuckpulvers.
Während des Kühl- und Dampfentfernungsverfahrens strömt der verwirbelte Stuckgips durch die Plenumkammern 23 und 24 und wird durch die Kühlspulen 52 gekühlt. Der Fluß des Wärmeübertragungsfluids kann variiert werden, um den Gesamtwärmetransfer durch die Kühlspulen 52 zu optimieren. In einem Prototyp-Pilotanlagesystem, das Leitungswasser bei einer Einlaßtemperatur zwischen 15 °C (60 °F) und 34 °C (93 °F) verwendet, wurden gesamte Wärmetransferkoeffizienten des Stuckgipskühlers in dem Bereich von 238,4424 J/°C·s·m² (42 BTU/°F hrft²) bis 306, 5688 J/°C·s·m² (54 BTU/°F hrft²) mit dem System erreicht, das Stuckgips in einen Wirbelbettkühler mit einer Geschwindigkeit bzw. Rate in dem Bereich von 362,9 kg (0,4 Tonnen) pro Stunde bis 1088,6 kg (1,2 Tonnen pro Stunde) einbringt. Der Stuckkühler 20, wie er in 1 gezeigt ist, hat eine Kapazitätsrate bzw. -leistung von etwa 10 Tonnen pro Stunde. Die höhere Einlaßtemperatur ist typisch für rezykliertes Kühlwasser in einer Produktionsanlage im Sommer. Offensichtlich kann eine bessere Wärmeentfernung erwartet werden, indem Wasser oder ein anderes Wärmetransferfluid bei einer niedrigeren Einlaßtemperatur verwendet wird.
Der Dampf von der Stuckmischung wird nach oben und aus dem Plenum 22 durch einen Luftauslaß 48 gezwungen, wie dies in 1 gezeigt. Der Luftauslaß 48 ist an der Oberseite des Kühlergehäuses 21 angeordnet und ist in direkter Fluidverbindung bzw. -kommunikation mit beiden Kammern 23 und 24 des Plenums 22, wodurch die Entfernung von Dampf aus beiden Kammern ermöglicht bzw. erlaubt wird. Die Trennzone 27 ist ein sich nach oben erstreckender Abschnitt des Plenums 22, der direkt bzw. unmittelbar über der Plenumwand 25 des Plenums 22 angeordnet ist. Wenn bzw. da die Luft von dem Plenum 22 durch den Luftauslaß 48 entfernt wird, stellt die Trennzone 27 einen Raum zur Verfügung, um es den Stuckgipspulverteilchen zu ermöglichen, hinunterzufallen und zurückzufallen, bevor sie in den Luftauslaß 48 eintreten, wodurch ein Mitreißen von Stuckgipspulverteilchen in der Luft verhindert wird, welche durch den Auslaß 48 austritt. Der Luftauslaß ist typischerweise in Fluidverbindung mit einem Staubsammler (nicht gezeigt), welcher jeglichen Stuckgipsteilchenrückstand in der Luft sammelt und filtert. Der Stuckgips wird dadurch gekühlt und von Dampf befreit, wenn er den Stuckauslaß 29 an der Oberseite der zweiten Plenumkammer 24 erreicht. Der gekühlte und von Dampf befreite Stuckgips hat typischerweise eine Temperatur zwischen 65 °C (150 °F) und 93 °C (200 °F), wenn er den Stuckgipskühler 20 verläßt, was unter der Kalzinierungstemperatur von 121 °C (250 °F) liegt.
Leistungserfordernisse eines Kühlsystems können auch unter Verwendung von mehr als einer Kühlvorrichtung 20 erreicht bzw. erfüllt werden. Für Illustrationszwecke zeigt 9 allgemein eine primäre Kühlvorrichtung 20 und zwei sekundäre Vorrichtungen 20' und 20'', die in Serie verbunden sind. Es ist jedoch zu verstehen, daß jegliche Anzahl von sekundären Kühlvorrichtungen verwendet werden kann. Die primäre Vorrichtung 20 hat einen Stuckeinlaß 28 und einen Stuckauslaß 29. Die sekundären Vorrichtungen 20' und 20'' haben jeweils einen Stuckeinlaß 28' und 28'' und einen Stuckauslaß 29' 29''. Der Stuckauslaß 29 der primären Kühlvorrichtung 20 ist mit dem Stuckeinlaß 28' der sekundären Vorrichtung 20' verbunden. In analoger Weise ist der Stuck auslaß 29' der sekundären Vorrichtung 20' mit dem Stuckeinlaß 28'' der sekundären Vorrichtung 20'' verbunden. So wird ein System, das eine Serie von Kühlvorrichtung aufweist, zur Verfügung gestellt.
Während spezifische Ausbildungen der vorliegenden Erfindung für die Zwecke eines Erläuterns von bevorzugten, alternativen Ausbildungen der Erfindung beschrieben wurden, ist es zu verstehen, daß die beiliegenden Ansprüche einen weiten Bereich von Äquivalenten und einen breiteren Schutz als die geoffenbarten Ausbildungen aufweisen.

Claims

Vorrichtung (20) zum Kühlen und Entfernen von Dampf aus kalziniertem Stuckgips, umfassend: ein Kühlergehäuse (21), das einen oberen Abschnitt, einen Bodenabschnitt und ein Plenum bzw. die Sammelkammer bzw. einen ausgefüllten Raum (22) umfaßt, wobei das Plenum (22) einen Stuckeinlaß (28), einen Stuckauslaß (29) und einen Luftauslaß (48) aufweist, wobei der Stuckeinlaß (28) und der Auslaß einen Flußpfad bzw. Strömungsweg dazwischen innerhalb des Plenums (22) definieren, wobei eine Mischung aus kalziniertem Stuck und Dampf bzw. ein kalzinierter Stuck und eine Dampfmischung in das Plenum (22) durch den Stuckeinlaß (28) eingebracht sind; Mittel zum Verwirbeln bzw. Fluidisieren des kalzinierten Stucks innerhalb des Plenums (22) des Kühlergehäuses (21) durch das Einbringen von Luft in das Plenum (22); wenigstens einen Rührer bzw. eine Verwirbelungseinrichtung (34), der (die) über dem oberen Abschnitt der Mittel zum Fluidisieren innerhalb des Plenums (22) des Kühlergehäuses (21) positioniert sind, wodurch der Rührer (34) ein Verrühren zur Verfügung stellt, um das Verwirbeln das kalzinierten Stucks zu unterstützen; und wenigstens eine kühlende bzw. Kühlspule (52), die einen Fluideinlaß (54) und einen Fluidauslaß (56) für den Durchgang eines Wärmetransferfluids durch die Kühlspule (52) aufweist, wobei die Kühlspule (52), die mit dem Kühlergehäuse (21) verbunden ist und innerhalb des Plenums (22) des Kühlergehäuses (21) quer zu dem Flußpfad positioniert ist, wobei die Mischung aus kalziniertem Stuck und Dampf über die Kühlspule (52) geleitet ist, der Stuck das Plenum (22) des Kühlergehäuses (21) durch den Stuckauslaß (29) verläßt und der Dampf und Luft das Plenum (22) des Kühlergehäuses (21) durch den Luftauslaß (48) verlassen, wobei das Plenum (22) des Kühlergehäuses (21) in zwei Kammern (23, 24) durch eine Plenumwand (25) unterteilt ist, die weiterhin den Flußpfad innerhalb des Plenums (22) definiert, wobei die zwei Kammern (23, 24) in Kommunikation bzw. Verbindung miteinander an dem Bodenabschnitt des Kühlergehäuses (21) sind, der Stuckeinlaß (28) in Kommunikation bzw. Verbindung mit einer der zwei Kammern (23) des Plenums (22) ist und der Stuckauslaß (29) in Kommunikation bzw. Verbindung mit der anderen der zwei Kammern (24) des Plenums (22) ist, und der Luftauslaß (48) in Kommunikation bzw. Verbindung mit beiden Kammern (23, 24) des Plenums (22) an dem oberen Abschnitt des Kühlergehäuses (21) ist.
Vorrichtung (20) zum Kühlen und Entfernen von Dampf von kalziniertem Stuck nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Fluidisieren des kalzinierten Stucks umfassen: ein Fluidisierungs- bzw. Wirbelkissen (30), das einen perforierten oberen Abschnitt (32), einen Bodenabschnitt (33) und einen Lufteinlaß aufweist, der an dem Bodenabschnitt (33) des Wirbelkissens (30) festgelegt ist, wobei das Fluidisierungskissen (30) mit dem Bodenabschnitt des Kühlergehäuses (21) verbunden ist, und der perforierte obere Abschnitt (32) in Kommunikation bzw. Verbindung mit dem Plenum (22) des Kühlergehäuses (21) positioniert ist; und eine Blaseinrichtung bzw. ein Gebläse, die (das) mit dem Lufteinlaß des Wirbelkissens (30) verbunden ist, wobei Luft, die durch die Blaseinrichtung zugeführt wird, durch den perforierten oberen Abschnitt (32) des Wirbelkissens (30) hindurchtritt, wodurch die Luft in das Plenum (22) des Kühlergehäuses (21) diffundiert; wobei der wenigstens eine Rührer (34) einen Propeller (37) an einer Welle (36) aufweist, die durch das Wirbelkissen (30) hindurchragt, wobei der Propeller (37) über dem oberen Abschnitt (32) des Wirbelkissens (30) innerhalb des Plenums (22) des Kühlergehäuses (21) angeordnet ist; und Mittel zum Verwirbeln bzw. Fluidisieren des kalzinierten Stucks weiterhin einen Motor (40) umfassen, um den Propeller (37) des Rührers (34) zu drehen, wodurch der drehende Propeller (37) ein Verrühren zum Unterstützen beim Verwirbeln des kalzinierten Stucks zur Verfügung stellt.
Vorrichtung (20) zum Kühlen und Entfernen von Dampf von kalziniertem Stuck nach Anspruch 2, wobei der Bodenabschnitt des Kühlergehäuses (21) eine Öffnung aufweist, um einen Zugang zu dem perforierten oberen Abschnitt (32) des Wirbelkissens (30) und dem Propeller (37) zur Verfügung zu stellen.
Vorrichtung (20) zum Kühlen und Entfernen von Dampf von kalziniertem Stuck nach Anspruch 1, wobei der Stuckeinlaß (28) und der Stuckauslaß (29) des Plenums (22) an dem oberen Abschnitt des Kühlergehäuses (21) angeordnet sind.
Vorrichtung (20) zum Kühlen und Entfernen von Dampf von kalziniertem Stuck nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Trenn- bzw. Lösezone (27), die innerhalb des Plenums (22) des Kühlergehäuses (21) und benachbart zu dem Luftauslaß (48) angeordnet ist, wobei die Lösezone (27) es dem Stuck ermöglicht, von dem Luftauslaß (48) wegzufallen, und ein Mitreißen des Stucks in die Luft zu verhindern, die durch den Luftauslaß (48) austritt.
Vorrichtung (20) zum Kühlen und Entfernen von Dampf von kalziniertem Stuck nach Anspruch 1, wobei die Kühlspule (52) an eine Kühlspuleneinheit (50) festgelegt ist, welche entfernbar an dem Kühlergehäuse (21) festgelegt ist.
Vorrichtung (20) zum Kühlen und Entfernen von Dampf von kalziniertem Stuck nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung (20) eine Serie von Kühlspuleneinheiten (50) aufweist.
Vorrichtung (20) zum Kühlen und Entfernen von Dampf von kalziniertem Stuck nach Anspruch 7, wobei der Durchgang des Wärmetransferfluids durch die Kühlspuleneinheit (50) in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Flußpfad fortschreitet.
Vorrichtung (20) zum Kühlen und Entfernen von Dampf von kalziniertem Stuck nach Anspruch 1, wobei die Kühlspule (52) Kupfer ist.
Vorrichtung (20) zum Kühlen und Entfernen von Dampf von kalziniertem Stuck nach Anspruch 1, wobei die Kühlspule (52) rostfreier Stahl ist.
Vorrichtung (20) zum Kühlen und Entfernen von Dampf von kalziniertem Stuck nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Blaseinrichtung eine Kapazität von etwa 0,0508 m³/s pro m² (10 scfm pro Quadratfuß) der Fläche der Bodenoberfläche des Kühlergehäuses (21) aufweist und einen Maximaldruck von etwa 48265 N/m² (7 psi) zur Verfügung stellt.
Verfahren zum Kühlen und Entfernen von Dampf aus kalziniertem Stuckpulver, umfassend die Schritte: (a) Einbringen einer Mischung aus gebranntem Stuckpulver bzw. kalziniertem Stuckpulver und Dampf bzw. von gebranntem Stuckpulver bzw. kalziniertem Stuckpulver und Dampfmischung in ein Plenum (22) eines Kühlergehäuses (21), wobei die Mischung in das Plenum (22) nahe der Oberseite desselben durch einen Stuckeinlaß (28) eintritt; (b) Verwirbeln bzw. Fluidisieren des kalzinierten Stuckpulvers durch Einbringen von Luft in den Boden des Plenums (22), Diffundieren der Luft und Rühren der Luft und des Stuckpulvers durch wenigstens einen Rührer (34); (c) Fließen lassen bzw. Strömen eines Wärmetransferfluids durch wenigstens eine Kühlspule (52), die innerhalb des Plenums (22) positioniert wird, und Passieren lassen des Stuckpulvers und der Dampfmischung über wenigstens eine Kühlspule (52), die innerhalb des Plenums (22) angeordnet wird, wodurch Wärme von dem Stuckpulver zu dem Wärmetransferfluid transferiert wird und das Stuckpulver gekühlt wird; (d) Entfernen von Dampf von der Mischung aus dem Stuckpulver und dem Dampf durch Zwingen des Dampfs aus dem Plenum (22) durch einen Luftauslaß (48) an der Oberseite des Plenums (22) mit der an dem Boden des Plenums (22) eingebrachten Luft; und (e) Erlauben, daß das gekühlte Stuckpulver durch einen Stuckauslaß (29) an der Oberseite des Plenums (22) des Kühlergehäuses (21) austritt, wobei das Plenum (22) des Kühlergehäuses (21) in zwei Kammern (23, 24) durch eine Plenumwand (25) unterteilt wird, die weiterhin einen Flußpfad bzw. Strömungsweg innerhalb des Plenums (22) definiert, wobei die zwei Kammern (23, 24) in Kommunikation bzw. Verbindung miteinander an dem Bodenabschnitt des Kühlergehäuses (21) sind, der Stuckeinlaß (28) in Kommunikation bzw. Verbindung mit einer der zwei Kammern (23) des Plenums (22) ist und der Stuckauslaß (29) in Kommunikation bzw. Verbindung mit der anderen der zwei Kammern (24) des Plenums (22) ist, und der Luftauslaß (48) in Wechselwirkung mit beiden Kammern (23, 24) des Plenums (22) an dem oberen Abschnitt des Kühlergehäuses (21) ist, und das Verfahren weiterhin den Schritt eines Fließens des Stucks, der durch den Stuckeinlaß (28) eingebracht wird, durch die erste Kammer (23) zu der zweiten Kammer (24) umfaßt.
Verfahren zum Kühlen und Entfernen von Dampf aus kalziniertem Stuckpulver nach Anspruch 12, wobei der gesamte Wärmeübergangskoeffizient des Verfahrens in dem Bereich von 238,4424 J/°C·s·m² (42 BTU/°F·hr·ft²) bis 306,5688 J/°C·s·m² (54 BTU/°F·hr·ft²) liegt.
Verfahren zum Kühlen und Entfernen von Dampf aus kalziniertem Stuckpulver nach Anspruch 12, wobei die Mischung aus kalziniertem Stuck und Dampf, die in das Plenum (22) eintreten, sich auf einer Temperatur im Bereich von 143 °C (290 °F) bis 160 °C (320 °F) befinden.
Verfahren zum Kühlen und Entfernen von Dampf aus kalziniertem Stuckpulver nach Anspruch 12, wobei die Mischung aus kalziniertem Stuckpulver Dampf mit einer Rate von etwa 9071,8 kg (10 short tons) pro Stunde eingebracht werden.