СУШИЛЬНЫЙ АГРЕГАТ ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СУШКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
DRYING UNIT FOR MATERIALS CONTACT DRYING

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно для сушки сыпучих материалов - золы, угля, известняков, опоковых пород, опилок, песка, глины, варки гипса и др.
В США на одном ОФ действует агрегат «Holo-Flita» для контактной сушки высоковлажных концентратов углей с производительностью 5 т/ч по испаренной влаге (Технические предложения по сушке угольных концентратов ОФ разреза Нерюгринский с использованием аппарата «Holo-Flita» - США, фирма «Hucce-Ubau» Япония, 1979 г.).
В этом агрегате, теплообменник выполнен в виде мощного пустотелого винта с толщиной стен 8 мм. В нем в качестве теплоносителя используется дефицитное минеральное масло с температурой кипения 290°С (при атмосферном давлении). С целью повышения скорости сушки температуру масла повышают до 340°С посредством повышения давления масла до 10 ати (температура кипения масла возрастает до 400°С). Недостатками данного агрегата являются:
- применение дефицитного, дорогостоящего минерального масла, сооружения большого резервуара для ее хранения и сложных систем рециркуляции и пожаробезопасности;
- низкая производительность и тепловая эффективность агрегата связаны с невысокой температурой теплоносителя (340°С) на входе теплообменника, ограниченная поверхность нагрева теплообменника и большая толщина (8 мм) стен последнего;
- высокое давление масло определяет применение мощного циркуляционного насоса 135кВт и соответственно повышения удельного расхода электроэнергии до 34 кВт/т испаренной влаги.
Из вышеизложенного можно полагать, что данная контактная сушилка не соответствуют современным техническим требованиям.
Для сушки сыпучих материалов в промышленности применяют конвективные сушильные барабаны (С.П. Онацкий - «Производство керамзита, Изд. Литература по строительству, М., 1971, стр. 149) с мощными пылеочистительными системами (циклонами). В них материал нагревается от непосредственного контакта с дымовыми газами, которые из печи уносят смесь водяных паров и тонкодисперсных частиц материала.
Основными недостатками этих сушилок являются:
- сложность конструкции и необходимость их изготовления в крупных машиностроительных заводах;
- необходимость трехступенчатой очистки дымовых газов, что приводит к перерасходу металла (барабан СМ-147А - 2,2×12 м весит 36 т, а с циклонами и газоходами - 50 т), повышению мощности концевого дымососа - с 20 до 50 кВт и увеличению производственных площадей почти в 2 раза;
- отсутствие теплоизоляции корпуса барабана приводит к потере тепла в окружающую среду до 15%, а плохая герметизация барабана - к неорганизованному поступлению вторичного воздуха в зону горения и соответственно перерасходу топлива на 5-6%;
- не контролируется и не регулируется оптимальные температурно-временные режимы сушки материала.
Существует сушильный агрегат для контактной сушки сыпучих материалов - (патент РФ №2540196, Бюл. №4, 2015, автор Р.Б. Оганесян).
Сушильный агрегат состоит из теплоизолированного корпуса, выполненного из трех наклонных ступеней - верхней, средней и нижней, установленных разнонаправлено под различными углами. Это объясняется тем, что с уменьшением содержания влаги в материале уменьшается его угол естественного откоса.
Внутри корпуса в трех ступенях установлены двухъярусные теплообменники с пятью полостями, из которых II и IV проходят насквозь по трем ступеням и заполнены материалом (золой). Полосы I, III и V являются основой каждого теплообменника и смонтированы во всех трех ступенях. Дымовые газы (д.г.) из топки с температурой 600°С через короб поступают в I и III полости теплообменников верхней 2 и нижней 4 ступеней, затем по полостью V через короб направляются к концевому дымососу. В теплообменнике средней ступени д.г. из топки через короб поступают в III и V полости, затем по полостью I через короб направляются к концевому дымососу. Такая система отопления обеспечивает трехкратный высокотемпературный нагрев материала, создавая оптимальные условия четырехстороннего контактного теплообмена. Однако, для обеспечения равных условий нагрева материала в разных полостях - толщина слоя во II полости на 15% больше чем в IV-м. Материал по полостям II и IV перемешивается и перемещается по агрегату ворошителями, установленными группами на каждой ступени перпендикулярно к поверхности корпуса. Скорости их вращения регулируется плавно, что обеспечивает оптимальный режим нагрева материала в трех ступенях агрегата.
3
Производительность такого сушильного агрегата длиной 16 м, односекционный, двухярусный, шириной 0,7 м, толщиной слоя материала 120 мм составит 16×0,7×0,12×2×(60:20)×7920×0,95=60 тыс.м/г или около 50 тыс.т./год. Высота агрегата составляет 9-10 м без учета высоты бункера. Расход металла на изготовления только агрегата составляет около 5-6 т.
Применение такого сушильного агрегата по сравнению с барабанными обеспечит упрощение конструкции, исключение необходимости применения системы пылеочистки, снижения расхода металла и топливно-энергетических затрат на процесс сушки путем ее интенсификации и сокращения продолжительности. Недостатки такой контактной сушилки являются:
- сложность транспортной системы перемешивания и перемещения материала по ярусам сушилки, состоящей из 20 шт. двухъярусных ворошителей, создает трудности их облуживания и выполнения ремонтных работ;
- ограниченная производительность агрегата (50 тыс.т./год) связана с невозможностью увеличения количества ярусов, их габаритов и удлинения сушилки;
- высота агрегата (около 13 м с бункером) создает определенные трудности при выборе существующих объектов (высотой 8-10 м) внедрения.
Задача изобретения: упрощение конструкции транспортной системы перемещения и перемешивание материала по теплообменникам сушилки; повышение производительности агрегата путем создания набора теплообменников по вертикали в требуемом количестве и увеличения их суммарной длины и поверхности теплообмена; снижение высоты агрегата от 13 до около 6,0 м (с бункером) упрощает его обслуживание и дает возможности его монтажа в существующих свободных зданиях высотой 8-10 м; замена система отопления дефицитным минеральным маслом на газовое; снижение удельного расхода электроэнергии на 10%.
Для этого сушильный агрегат для контактной сушки сыпучих материалов, состоящий из теплоизолированного корпуса, теплообменников, системы отопления, транспортной системы, содержит внутри корпуса горизонтально смонтированные многоярусные теплообменники, состоящие из металлических -образных квадратных коробов, заполненных сыпучим материалом, и опирающихся на смонтированные на корпусе трубы, а бока и дно коробов контактируют с каналами, по которым поступает теплоноситель из топки, сверху короба закрыты крышками из листовой стали, которые своими продольными выступами опираются на дно карманов, заполненных золой, установленных с двух сторон коробов параллельно к оси теплообменников, создавая замок между материалом и дымовыми газами, для перемещения и перемешивания материала в коробах смонтированы винтообразные транспортные системы, которые с помощью цепной передачи от привода вращаются в разные стороны, обеспечивая движение материала в коробах в противоположные друг другу стороны и его поступление из короба одного теплообменника в короб нижестоящего теплообменника, дымовые газы под дном коробов двумя ограничителями разделены на три потока по длине теплообменников.
Сушильный агрегат для контактной сушки (фиг. 1, 2, 3) сыпучих материалов состоит из металлического теплоизолированного корпуса 1, внутри которого горизонтально смонтированы многоярусные теплообменники 2. В теплообменниках смонтированы квадратные (например, сечением 0,4×0,4 м) металлические  - образные короба 3 (фиг. 2), (заполненные сыпучим материалом, например, золой), которые опираются на трубах 4, установленных в корпусе 1. Короба 3 с боками и дном контактируют с каналами 5 и 6 (фиг. 3), по которым поступает теплоноситель - дымовые газы (д.г.) из топки 7 (с температурой 600°С). Сверху короба закрываются крышками 8 из листовой стали, которые своими продольными выступами 9 (шириной 50 мм) опираются на дно карманников 10 (заполненные золой), установленных с двух сторон коробов 3. Тем самым создавая замок между материалом и теплоносителем. Для перемещения и перемешивания материала во всех коробах 3 сушилки смонтированы винтообразные транспортные системы 11, которые с помощью цепной передачи 12 (фиг. 2) от электродвигателя 13 вращаются в разные стороны и обеспечивают движение материала в коробах противоположные стороны и его поступление с короба 3 одного теплообменника в короб нижестоящего теплообменника.
Для удаления водяных паров (выпара) из коробов 3 на корпусе сушилки вертикально смонтирована труба (на чертежах не показаны), которая с помощью каналов соединена с верхней частью коробов 3 всех теплообменников через отверстие на крышках 8. Для удаления выпара в коробах 3 толщина слоя материала на 3-4 см ниже, чем высота коробов.
Сушильный агрегат для контактной сушки работает следующим образом. Из инерционного бункера 14 материал поступает в короб 3 верхнего теплообменника и с помощью электродвигателя 13 и транспортной системой 11 перемещают в другой конец короба и пересыпают в короб нижестоящего теплообменника. Затем транспортной системой 11 нижестоящего теплообменника, которая с помощью цепной передачи 12 вращается в обратную сторону, материал перемещается в другую сторону короба, а затем пересыпают в короб 3 следующего теплообменника. Таким образом, материал, проходя по всем теплообменникам, постепенно нагревается и сушится теплоносителем, подаваемым во все теплообменники из топки 7 с температурой 600°С. Д.г. из топки 7 с температурой 1200°С разбавляют до 600°С отработанными дымовыми газами (о.д.г.) из теплообменников (после концевого дымососа) с температурой около 250°С.
С целью оптимизации процесса сушки д.г. из топки 7 по дну коробов 3 двумя ограничителями 16 разделены на три потока (2 боковые) 5 и (1 под коробами) 6 по длине теплообменников до участка отбора о.д.г. концевым дымососом 15 (фиг. 3).
Качество производимого агрегатом материала контролируется путем плавного регулирования скорости вращения транспортных систем и измерения его температуры в конце нижнего теплообменника.
Расчеты показали, что производительность такой сушилки с 5 теплообменниками, длиной каждого 6,0 м и времени сушки 20 минут составит: 0,4×0,4×5×6×60:20×0,9×7920=102 тыс.т./год сухой золы или 120 тыс.т./год с карьерной влажностью.
Преимущества предлагаемого сушильного агрегата являются: упрощение конструкции транспортной системы; улучшение условия обслуживания работы агрегата связанное с уменьшением его общей высоты с 13 до 6,5 м (с учетом высоты бункера), что позволит уменьшить капитальные расходы на строительство, так как появляются возможности их смонтировать в свободных зданиях высотой 8,0 м и более; увеличение производительности агрегата в 2 раза и снижение удельного расхода топлива на около 10% за счет увеличения длины, количества теплообменников и соответственно площади теплообмена между материалом и теплоносителем; получение чистой горячей воды (около 3,0 т/ч при производительности агрегата 100 тыс.т./год).