Сушарка з псевдозрідженим шаром з непрямим підігріванням

Реферат: Винахід належить до сушарки (1) з псевдозрідженим шаром з непрямим підігріванням для сушіння вологих дрібнозернистих сипких матеріалів, що містить корпус (2) з газаційним днищем (6), з вбудованими елементами теплообмінника, які проходять над газаційним днищем (6), і з передбаченим під газаційним днищем (6) щонайменше одним розвантажувальним пристроєм для висушеного сипкого матеріалу. Сушарка (1) з псевдозрідженим шаром згідно з винаходом відрізняється тим, що корисний живий переріз потоку корпусу (2) в області вбудованих елементів теплообмінника при тій же площі поперечного перерізу корпусу збільшується по висоті вбудованих елементів теплообмінника в напрямку потоку зріджуючого середовища. Таким чином, надійно запобігається недопустиме розширення стаціонарного псевдозрідженого шару. UA 100932 C2 (12) UA 100932 C2 UA 100932 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до сушарки з псевдозрідженим шаром з непрямим підігріванням для сушіння вологих дрібнозернистих сипких матеріалів, як, наприклад, бурого вугілля, що містить корпус з газаційним днищем, з вбудованими елементами теплообмінника, які проходять над газаційним днищем, і з передбаченим під газаційним днищем щонайменше одним розвантажувальним пристроєм для висушеного сипкого матеріалу, причому корисний живий переріз потоку корпусу в області теплообмінників збільшується по всій висоті вбудованих елементів теплообмінника в напрямку потоку зріджуючого газу. Такий контактний апарат для сушіння з псевдозрідженим шаром відомий, наприклад, з ЕР 0 341 347 А1. При збагаченні бурого вугілля як енергетичного вугілля для спалювання в парогенераторі відоме його одночасне подрібнення і розмелювання (розмелювання з одночасним сушінням) в ударному роторному і молотковому млинах, які є частиною енергетичного котла, причому енергія, необхідна для сушіння, відбирається з відгалуженого потоку димових газів. Як це вже описано в рівні техніки, сушіння рядового бурого вугілля з природною шахтною вологістю в сушарці з псевдозрідженим шаром може бути енергетично більш сприятливою. Правда, контактні апарати для сушіння в псевдозрідженому шарі є конструктивно трудомісткими. Тому зусилля направлені на те, щоб організувати спосіб спалювання вугілля у вихровій топці таким чином, щоб капітальні витрати на сушарку могли бути можливо меншими. У DE 196 20 047 А1 для цього пропонується організувати спосіб таким чином, щоб в сушарці з псевдозрідженим шаром можна було працювати з відносно високими швидкостями потоку, так щоб сушарка могла мати відносно невелику поверхню поперечного перерізу і тим самим невелику поверхню основи. Правда, для теплопереходу у зваженій постелі, або в псевдозрідженому шарі, бажана дуже висока швидкість потоку газу, що проходить через сушарку. Починаючи з якоїсь критичної швидкості, стаціонарний псевдозріджений шар потрапляє в нестабільну область, оскільки винесення дрібнозернистого матеріалу з псевдозрідженого шару зростає. У результаті відбувається огрубіння матеріалу псевдозрідженого шару, що негативно позначається на механіці потоку і теплопередачі в псевдозрідженому шарі. Внаслідок випаровування води всередині сушарки потік матеріалу у вигляді парогазової суміші в напрямку потоку збільшується, що спричиняє відповідне збільшення швидкості потоку газу, або парогазової суміші, всередині сушарки. У СН 575 075 описується контактний апарат для сушіння з псевдозрідженим шаром, причому теплопередавальні стінки тягнуться кожна щонайменше на 70 % висоти псевдозрідженого шару. Збільшенню швидкості потоку протидіє зменшення поперечного перерізу в найбільш верхній області теплопередавальних стінок. Таким чином, в цій області створюється заспокійлива зона. Згідно з теорією теплопередачі в псевдозріджених шарах максимум теплопередачі доводиться на певний стан розширення псевдозрідженого шару, або на певну швидкість в псевдозрідженому шарі. З цього виходить, що надмірне розширення псевдозрідженого шару погіршує принцип дії теплообмінника. Крім того, погіршується огрубіння матеріалу шару за рахунок винесення дрібного зерна, а також принцип дії сушарки. У ЕР 0 341 347 А1 описаний контактний апарат для сушіння з псевдозрідженим шаром, корпус якого утворюється щонайменше одним резервуаром, в якому у вигляді пучків прямих труб в декількох проходах для пари встановлений відповідний теплообмінник, через який протікає сконденсована пара при значно зменшеній кількості труб, тобто, значно зменшеному вільному перерізі для протікання пари. Труби в резервуарах контактного апарату для сушіння з псевдозрідженим шаром встановлені таким чином, що досягається рівномірний розподіл нагрівального елемента. Завдяки заходам згідно з ЕР 0 341 347 домагаються в основному сталої швидкості потоку пари для обігрівання всередині теплообмінника з пучка труб. Правда, рішення згідно з ЕР 0 341 347 має той недолік, що площа поперечного перерізу корпусу сушарки по його висоті в області вбудованих елементів сушарки не є сталою. Це веде до струминно-механічних порушень в псевдозрідженому шарі, що небажано вже з міркувань оптимізації потужності. Тому в основу винаходу покладена задача удосконалення сушарки з псевдозрідженим шаром вищезазначеного типу з точки зору можливо більш оптимального теплопереходу. Задача вирішується за допомогою сушарки з псевдозрідженим шаром з проміжним обігріванням для сушіння вологих дрібнозернистих сипких матеріалів, що містить корпус з газаційним днищем, з вбудованими елементами теплообмінника, які проходять над газаційним днищем, і з передбаченим під газаційним днищем щонайменше одним розвантажувальним пристроєм для висушеного сипкого матеріалу, причому використовуваний живий переріз потоку 1 UA 100932 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 корпусу на ділянці вбудованих блоків теплообмінника збільшується по всій висоті вбудованих елементів теплообмінника в напрямку потоку зріджуючого газу. При цьому сушарка з псевдозрідженим шаром згідно з винаходом відрізняється тим, що поперечний переріз корпусу є сталим, а щільність монтажу вбудованих елементів теплообмінника в напрямку потоку зріджуючого газу зменшується. Переважно, корпус сушарки з псевдозрідженим шаром згідно з винаходом має прямокутний, переважно, квадратний поперечний переріз. Само собою зрозуміло, що можливо також, щоб корпус мав круглий поперечний переріз. Отже, переважним чином уникають надмірного збільшення швидкості потоку газу, або парогазової суміші, по висоті корпусу. Крім того, скорочується винесення пилу частки дрібного зерна псевдозрідженого шару, завдяки чому поліпшується теплоперехід на контактних поверхнях вбудованих елементів теплообмінника. В результаті зменшення щільності монтажу за відсутності додаткових вбудованих елементів при постійному поперечному перерізі корпусу по висоті теплообмінників можливе збільшення корисного живого перерізу потоку корпусу з подальшим скороченням збільшення швидкості при збільшенні потоку маси парогазової суміші. У переважному варіанті сушарки з псевдозрідженим шаром згідно з винаходом передбачено, щоб як теплообмінник були передбачені пучки труб і/або пакети пластин, зведені в сегменти з різними відстанями між трубами і/або з різними інтервалами між пластинами. Як теплообмінник можуть бути передбачені пучки труб, встановлені посегментно з різними діаметрами труб і/або з різними інтервалами між ними. Доцільно, щоб діаметри труб в напрямку потоку зріджуючого газу зменшувалися або щоб інтервали між ними в напрямку потоку збільшувалися. Щонайменше два або, переважно, три, сегменти теплообмінників, наприклад, у вигляді нагрівальних елементів в напрямку потоку зріджуючого газу можуть бути встановлені, або включені, послідовно. У переважному варіанті сушарки з псевдозрідженим шаром згідно з винаходом передбачено, щоб всі сегменти теплообмінника мали приблизно однакову теплообмінну поверхню, так щоб в трубах теплообмінника встановлювався в середньому падаючий рівень швидкості. Вбудовані елементи теплообмінника можуть бути виконані багатоходовими, переважно, вбудовані елементи теплообмінника виконані триходовими, причому кожний хід приєднаний до зборника конденсату. Завдяки останньому заходу запобігаються втрати напору в результаті захоплення конденсату. В результаті багатоходового розташування труб теплообмінника підвищується теплоперехід на внутрішній стороні труб з паровим обігрівом, що сприяє загальному підвищенню коефіцієнта теплопередачі і тим самим ефективності теплопередачі. Зокрема, в результаті збільшення відстані між трубами в напрямку потоку або зменшення діаметрів труб в напрямку потоку збільшуються вирішувальні для умов обтікання вільні поверхні між трубами потоку. Завдяки цьому скорочується збільшення швидкості за рахунок збільшуваного в напрямку вгору потоку маси пари. Внаслідок цього скорочується винесення пилу, дієво запобігається огрубіння псевдозрідженого шару. Теплопередача поліпшується за рахунок наближення швидкості в з'єднувальних трубах до теоретичного оптимуму для теплопередачі. Крім того, аж до досягнення критичної швидкості підвищується питома 2 ефективність випарювання в кг/м годину. Варіант сушарки з псевдозрідженим шаром згідно з винаходом відрізняється тим, що передбачений лійкоподібний стік, геометрично виконаний таким чином, щоб при спуску сипкого матеріалу утворювався потік маси. Це означає, що при спуску матеріалу в рух приходить весь вміст випуску. Ніяких мертвих зон немає, хіба що є мінімальні мертві зони, тобто, статичні зони, сипкого матеріалу. Його протилежністю в загальному випадку є так званий керновий потік, який при певних умовах може привести до порушення зрідження. Це може статися, наприклад, в тому випадку, якщо на стаціонарному шарі під газаційним днищем накопичуються відкладення, які не приходять в рух при спуску матеріалу. Переважно, крутість обрамовуючих стінок виходу вибрана таким чином, щоб при спуску сипкого матеріалу утворювався потік маси, тобто, щоб при спуску матеріалу в рух приходив весь стаціонарний шар в кожному місці. Нижче винахід пояснюється на прикладі виконання, зображеному на кресленнях, на яких: Фіг. 1 зображає схематично сушарку з псевдозрідженим шаром згідно з винаходом, а Фіг. 2 - бак з псевдозрідженим шаром на фіг. 1 з поворотом на 90° в розрізі. Сушарка (1) з псевдозрідженим шаром, зображена на фіг. 1, містить корпус (2) з прямокутним поперечним перерізом. На верхньому торці (3) передбачена завантажувальна 2 UA 100932 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 труба (4) з шлюзовим затвором (5) барабанного типу. На нижньому кінці сушарки (1) з псевдозрідженим шаром, протилежному верхньому торцю (3), під газаційним днищем (6) передбачений лійкоподібний стік (7), на нижньому кінці якого передбачене механічне розвантаження, наприклад, за допомогою шлюзового затвора (5) барабанного типу. Замість останнього для механічного розвантаження міг би бути передбачений шнековий транспортер і т. п. Сушарка (1) з псевдозрідженим шаром згідно з прикладом виконання переважно передбачена для сушіння бурого вугілля і описується з посиланням на спосіб сушіння бурого вугілля, однак винахід потрібно розуміти так, що сушарка може також знайти застосування для сушіння інших зернистих матеріалів. Газаційне днище (6) передбачене з боку, протилежному стоку (7) матеріалу, з соплами (8) для подачі зріджуючого газу. Як зріджуючий газ, або зріджуюче середовище, використовується водяна пара. Для зрідження бурого вугілля в сушарці (1) з псевдозрідженим шаром після електрофільтра може, наприклад, відгалужуватися частина потоку газів, що виходять з сушарки з псевдозрідженим шаром. Над газаційним днищем (6) упоперек газового потоку і при необхідності з невеликим нахилом розташовуються вбудовані елементи теплообмінника у вигляді пучків труб (9) або пластин, які обтікають парою як теплоносієм. Буре вугілля, що завантажується в сушарку (1) з псевдозрідженим шаром із зернистістю, наприклад, близько 0-2 мм і із вмістом води до 65 ваг. %, утримується над газаційним днищем (6) за допомогою зріджуючого середовища в квазістаційному псевдозрідженому шарі, причому рівень псевдозрідженого шару в сушарці (1) з псевдозрідженим шаром позначений позицією (10). При цьому зерна вугілля в псевдозрідженому шарі вступають в контакт з пучками труб (9) теплообмінника, які пронизують корпус в поперечному напрямку, послідовно встановленими у напрямку потоку в трьох сегментах 11а, 11b і 11с. При температурах близько 105-120 °C більше 50 % початкової ваги висушуваного вугілля випаровуються у вигляді води. Завдяки випаровуванню води з пор вугілля потік маси парогазової суміші в області вбудованих в псевдозріджений шар пучків труб (9) теплообмінника в напрямку вгору безперервно зростає. Тим самим, відповідно, збільшується також швидкість газів, що виходять з сушарки. Починаючи з якоїсь критичної швидкості, стаціонарний псевдозріджений шар потрапляє в нестабільну область, і винесення пилу частки дрібного вугілля псевдозрідженого шару сильно зростає. Це в основному належить до розміру частинок менше за 300 м. У результаті відбувається огрубіння матеріалу псевдозрідженого шару, що негативно позначається на аерогідромеханіці і передачі тепла в псевдозрідженому шарі. З цієї причини вбудовані елементи теплообмінника у вигляді пучків труб теплообмінника в описуваних прикладах виконання виконані з інтервалами, що збільшуються в напрямку потоку, так що в результаті при незмінному поперечному перерізі, або діаметрі, корпуса по всій висоті вбудованих елементів відбувається збільшення корисного поперечного перерізу корпусу (2). Більшого інтервалу між трубами пучків труб (9) теплообмінника можна досягти або за рахунок того, щоб в одному сегменті встановлювалося менше труб з великим інтервалом, або за рахунок того, щоб труби в напрямку потоку виконувалися з меншим діаметром. У даному прикладі виконання передбачено, щоб інтервал між трубами в сегменті (11а), найближчому до газаційного днища (6), був меншим, ніж в наступному сегменті 11b. У верхньому сегменті 11с інтервал між трубами пучків труб (9) теплообмінника є найбільшим, так що там корисний поперечний переріз корпусу (2) з точки зору аерогідродинаміки більше усього, що протидіє збільшенню швидкості потоку маси газів, що виходять з сушарки в напрямку потоку. Через виходи (12) для газів, що виходять з сушарки, останні відводяться з сушарки (1) з псевдозрідженим шаром. Вбудовані елементи теплообмінника в корпусі (2) виконані у вигляді триходового теплообмінника з пучків труб в загальній складності з трьома зборниками конденсату (13а, 13b, 13с). Нагріта пара як теплоносій через вхід для пари, позначений позицією (14), подається в теплообмінник (9) з пучків труб, які повністю пронизують корпус (2) в першому верхньому сегменті 11с. По трубах, що проходять в поперечному напрямку і при необхідності з невеликим нахилом в напрямку потоку зріджуючого середовища, пропускається теплоносій, який на протилежному від входу (14) пари боці спрямовується в зборник (13а) конденсату. Конденсат, який туди надходить, відводиться окремо. Через зборник 13а конденсату теплоносій спрямовується назад в зборник 13b конденсату, передбачений з боку входу (14) пари, а звідти в найбільш низький зборник 13с конденсату. Сегменти 11а, 11b і 11с, або нагрівальні елементи 11а, 11b і 11с, виконані таким чином, що їх теплообмінні поверхні приблизно однакові, так що в окремих проходах встановлюється в середньому падаючий рівень швидкості. 3 UA 100932 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Висушене буре вугілля збирається у лійкоподібному стоці (7). Лійкоподібний в значенні винаходу не обов'язково означає, що поперечний переріз є кільцевим круглим. Нахил обрамовуючих стінок стоку (7) вибраний таким чином, щоб при спуску матеріалу, наприклад, за допомогою шлюзового затвора барабанного типу, утворювався потік маси. Потік маси на відміну від кернового потоку означає, що стаціонарний шар під газаційним днищем (6) при спуску матеріалу рівномірно знижується. Ніяких мертвих зон немає, хіба що є мінімальні мертві зони, тобто, статичні зони, сипкого матеріалу. Поверхня сипкого матеріалу, або стаціонарний шар, знижується майже рівномірно. Перелік позицій 1. сушарка з псевдозрідженим шаром 2. корпус 3. торець 4. завантажувальна труба 5. шлюзовий затвор барабанного типу 6. газаційне днище 7. стік 8. сопла 9. теплообмінник з пучків труб 10. рівень псевдозрідженого шару 11a, 11b, 11c сегменти 12. вихід для газів, що виходять з сушарки 13а, 13b, 13с зборник конденсату 14. вхід для пари ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Сушарка (1) з псевдозрідженим шаром з непрямим підігріванням для сушіння вологих дрібнозернистих сипких матеріалів, що містить корпус (2) з газаційним днищем (6), з вбудованими елементами теплообмінника, які проходять над газаційним днищем (6), і з передбаченим під газаційним днищем (6) щонайменше одним розвантажувальним пристроєм для висушеного сипкого матеріалу, причому корисний живий переріз потоку корпусу в області вбудованих елементів теплообмінника збільшується по всій висоті вбудованих елементів теплообмінника в напрямку потоку зріджуючого газу, яка відрізняється тим, що поперечний переріз корпусу (2) є сталим, а щільність монтажу вбудованих елементів теплообмінника в напрямку потоку зріджуючого газу зменшується. 2. Сушарка з псевдозрідженим шаром за п. 1, яка відрізняється тим, що корпус (2) має прямокутний, переважно квадратний поперечний переріз. 3. Сушарка з псевдозрідженим шаром за п. 2, яка відрізняється тим, що як теплообмінник передбачені пучки труб і/або пакети пластин, зібрані в сегменти (11а, 11b, 11c) з різними відстанями між трубами і/або з різними інтервалами між пластинами. 4. Сушарка з псевдозрідженим шаром за одним з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що як теплообмінник передбачені пучки труб, встановлені посегментно з різними діаметрами труб і/або з різними інтервалами між ними. 5. Сушарка з псевдозрідженим шаром за одним з пп. 1-4, яка відрізняється тим, що щонайменше два, переважно три, сегменти теплообмінника встановлені послідовно в напрямку потоку зріджуючого газу. 6. Сушарка з псевдозрідженим шаром за п. 5, яка відрізняється тим, що всі сегменти теплообмінника мають приблизно однакову теплообмінну поверхню. 7. Сушарка з псевдозрідженим шаром за одним з пп. 1-6, яка відрізняється тим, що вбудовані елементи теплообмінника виконані багатоходовими, переважно триходовими, причому кожний сегмент приєднаний до збірника (13а, 13b, 13с) конденсату. 8. Сушарка з псевдозрідженим шаром за одним з пп. 1-7, яка відрізняється тим, що передбачений лійкоподібний стік (7) геометрично виконаний із забезпеченням утворення потоку маси при спуску сипкого матеріалу. 9. Сушарка з псевдозрідженим шаром за п. 8, яка відрізняється тим, що крутість обрамовуючих стінок стоку (7) вибрана із забезпеченням утворення потоку маси при спуску сипкого матеріалу. 4 UA 100932 C2 5 UA 100932 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6