Аппарат для сушки органических материалов, включая биомассу, в кипящем слое
APPARATUS FOR DRYING ORGANIC MATERIALS, INCLUDING BIOMASS, IN A FLUIDISED BED

Изобретение относится к технике сушки и может быть использовано в химической, пищевой промышленности, энергетике и сельскохозяйственном производстве. В частности, данное изобретение может быть использована в технологических процессах производства биотоплива иди органического удобрения из биоотходов, включая навоз и помет.
Например, в процессе производства гранулированного органического удобрения или биотоплива из помета или из смеси помета с подстилкой (древесные опилки или измельченная солома) требуется предварительная сушка помета. После сушки могут следовать процессы пиролиза или низкотемпературного пиролиза биоотходов, т.е. процессы, направленные, с одной стороны, на повышение содержание углерода в полученном продукте, т.е. процессы карбонизации, а, с другой стороны, процессы, направленные на удаление из отходов патогенной микрофлоры. После сушки, которую в этом случае можно рассматривать как процесс предкарбонизации биоотходов, могут также следовать процессы гранулирования высушенного продукта. В исходном состоянии влажность помета может доходить до 75%, а влажность смеси помета с подстилкой может составлять порядка 40%, тогда как для процесс гранулирования требует, чтобы влажность сырья не превышала 12-15%.
Сам по себе помет представляет пастообразную субстанцию, для сушки которой подходят аппараты с кипящим слоем инертного материала или слоем высушиваемого материала (сушка на слое инертного материала или сушка на слое высушиваемого материала).
Известен аппарат для сушки в кипящем слое высушиваемого материала, имеющий цилиндрический корпус, патрубок ввода сушильного агента, установленный в нижней части аппарата, патрубок вывода сушильного агента, установленный в верхней части аппарата, загрузочное устройство для ввода в аппарат влажного материала, горизонтально установленную газораспределительную решетку для распределения по поперечному сечению аппарата сушильного агента и выгружную трубу для выгрузки высушенного материала, установленную вертикально по оси аппарата и по центру газораспределительной решетки и имеющую в верхней своей части отверстие для входа в трубу высушенного материала (Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. - Л.: «Химия», 1968, с. 79, рис. II - 7).
Недостатком данной конструкции является низкая надежность и эффективность, обусловленные тем, что высушиваемый материал может содержать посторонние включения (камни, металлоизделия), а также комки материала, которые могут оседать на газораспределительной решетке и, по мере накопления, препятствовать нормальному «кипению» слоя, что будет требовать периодической остановки аппарата для удаления накопленных включений и комков. С другой стороны, эти включения и комки могут нарушать расчетное распределение газовых потоков в слое, что может понизить эффективность работы аппарата.
Наиболее близким к предлагаемому (прототипом) является аппарат для сушки пастообразных материалов в кипящем слое инертного материала, имеющий корпус, патрубок ввода сушильного агента, установленный в нижней части аппарата, патрубок вывода сушильного агента, установленный в верхней части аппарата, загрузочное устройство для ввода в аппарат влажного материала, горизонтально установленную газораспределительную решетку для распределения по поперечному сечению аппарата сушильного агента и выгружную трубу для выгрузки высушенного материала, установленную вертикально по оси аппарата и по центру газораспределительной решетки и имеющую в верхней своей части отверстие для входа в трубу высушенного материала, причем в нижней своей части корпус аппарат имеет коническую форму, в силу чего в нижней части аппарата создается клиновидный кипящий слой с интенсивной циркуляцией частиц (Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. - Л.: «Химия», 1970, с. 166, рис. III - 50).
Недостатком данной конструкции является низкая надежность и эффективность, обусловленные тем, что конструкция аппарата не предусматривает вывода из кипящего слоя посторонних включений (камни, металлоизделия), а также комков материала, которые могут загромождать пространство клиновидной области аппарата, препятствуя нормальному «кипению» слоя, что будет требовать периодической остановки аппарата для удаления накопленных включений и комков. С другой стороны, эти включения и комки могут нарушать расчетное распределение газовых потоков в слое, что может понизить эффективность работы аппарата.
Кроме того, конструкция аппарата не предполагает отделение посторонних включений от частиц высушенного продукта, что приводит к загрязнению высушенного продукта и ухудшению его качества.
Технической задачей изобретения является повышение надежности и эффективности реализуемого в аппарате процесса сушки, а также повышение качества высушенного продукта.
Указанная цель достигается тем, что предлагается аппарат для сушки пастообразных материалов в кипящем слое инертного материала, имеющий корпус, патрубок ввода сушильного агента, установленный в нижней части аппарата, патрубок вывода сушильного агента, установленный в верхней части аппарата, загрузочное устройство для ввода в аппарат влажного материала, газораспределительную решетку для распределения по поперечному сечению аппарата сушильного агента и выгружную трубу для выгрузки высушенного материала, установленную вертикально по оси аппарата и по центру газораспределительной решетки и имеющую в верхней своей части отверстие для входа в трубу высушенного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности работы аппарата для сушки, повышения качества высушенного продукта, газораспределительная решетка установлена под углом 20-30° к горизонту и наклонена в сторону центра аппарата, соосно трубе для выгрузки высушенного материала установлена труба для выгрузки посторонних включений в высушиваемом материале, а также крупных комков высушиваемого материала, причем диаметр трубы для выгрузки посторонних включений превышает диаметр трубы для выгрузки высушенного материала в 1,5-2,0 раза, а верхний торец трубы для выгрузки посторонних включений примыкает к газораспределительной решетке. При этом нижними открытыми торцами труба для выгрузки высушенного продукта и труба для выгрузки посторонних включений и комков соединены с устройствами для удаления, соответственно, высушенного продукта и посторонних включений, выполненных в виде шнековых транспортеров.
На фигуре 1 изображен предложенный аппарат для сушки пастообразных биоотходов в кипящем слое инертного материала.
Аппарат содержит корпус 1, в котором на установленной под углом 20-30° к горизонту и наклоненной к центру аппарата газораспределительной решетке 2 расположен слой инертного материала 3, который может представлять собой кварцевый песок, фторопластовую крошку, корунд и другие мелкодисперсные материалы. Аппарат снабжен узлом ввода сушильного агента 4, узлом вывода из аппарата отработанного сушильного агента 5 и узлом загрузки биоотходов 6.
Для вывода высушенного продукта служит выгружная труба 7 и соосная ей труба для выгрузки из слоя посторонних включений и комков высушиваемого материала 8. Указанные трубы, соответственно, соединены с узлом удаления высушенного продукта 9 и узлом удаления посторонних включений и комков 10.
Аппарат работает следующим образом. Через узел 4 в аппарат вводится сушильный агент (горячий воздух, водяной пар или дымовые газы), который переводит в состояние псевдоожижения слой инертного материала 3, расположенного на газораспределительной решетке 2. При этом происходит разогрев инертного материала до необходимой температуры. После чего на кипящий слой инертного материала 3 начинается подача сырых биоотходов из узла 6. Попадая на слой инертного материала 3 порции биоотходов быстро разрушаются на мелкие частицы благодаря интенсивному движению частиц инертного материала 3. При соприкосновении с горячим слоем инертного материала 3 происходит сушка биоотходов. Отработанный сушильный агент выводится из аппарата 1 через узел 5 вместе с частью высушенного продукта, который в данном случае представляет собой мелкие и легкие частицы, отделяемые от отработанного сушильного агента известным способом (например, в циклоне или в рукавном фильтре, которые не показаны на фигуре 1).
3
3
Обычно биоотходы имеют плотность значительно более низкую, чем плотность инертного материала. Например, плотность помета составляет порядка 800 кг/м, а плотность кварцевого песка 2100-2500 кг/м, благодаря чему высушенный продукт накапливается в верхней части слоя и постепенно удаляется из аппарата 1 по выгружной трубе 7. Далее высушенный продукт удаляется узлом 9 к фасовки и т.п.
Поскольку сушке подвергаются биоотходы, то они могут содержать посторонние включения (камни, металлоизделия), которые могут накапливаться в кипящем слое и препятствовать надежной и эффективной работе аппарата для сушки. Кроме посторонних включений, в слой могут попадать большие комки исходного материала, которые не могут быть разрушены в кипящем слое, но могут накапливаться в слое и снижать надежность и эффективность работы аппарата. Эти посторонние включения и комки сливаются в трубу 8 и удаляются из аппарата с помощью узла 10. Чтобы обеспечить эффективное удаление посторонних включений и комков, газораспределительная решетка 2 наклонена к горизонту под углом 20-30° и наклон направлен к центру аппарата 1. Такой угол наклона газораспределительной решетки 3 является оптимальным, т.к. при меньшем угле наклона, как показывает практика, не происходит удаления посторонних включений в трубу 8, а при большом угле - происходит быстрое переполнение трубы и материал застревает в пространстве между трубами 7 и 8.
При этом диаметр трубы для удаления посторонних включений 8 должен превосходить диаметр выгружной трубы 7 в 1,5-2,0 раза. При меньшем соотношении между диаметрами пространство между трубами 7 и 8 быстро забивается, как показывает опыт. При большом соотношении уменьшается площадь газораспределительной решетки 2, что негативно сказывается на производительности аппарата для сушки.
Таким образом будет обеспечено удаление посторонних включений и комков высушиваемого материала из аппарата для сушки, что повысит его надежность и эффективность.