СТРУЙНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ
WATER-JET HEATER

Предлагаемое техническое решение относится к оборудованию для сушки и нагрева материалов во взвешенном состоянии и может найти применение в химической и других отраслях промышленности, в частности, для высушивания и нагрева минеральных солей (хлористого калия) перед прессованием.
Известна конструкция сушилки [авторское свидетельство СССР №1325271, F26B 17/10, опубл. 23.07.1987], выполненной в виде вертикальной шахты, снабженной в средней части коническим пережимом, выше которого установлен забрасыватель материала. Для подачи теплоносителя в нижней части шахты на ее боковой поверхности расположены сопла, заключенные в кольцевой газораспределительный коллектор, а для отвода отработанного теплоносителя по оси шахты размещена труба с завихрителем.
Сушка происходит при ударном взаимодействии радиальных газовых струй, истекающих из сопл, со слоем падающего материала.
Недостатком описанной сушилки является неравномерность времени пребывания материала в ней и, как следствие, неравномерность сушки особенно при повышении производительности сушилки.
В качестве прототипа может быть использована пневматическая сушилка [патент РФ №2476792, F26B 17/10, опубл. 27.02.2013], содержащая секционную вертикальную цилиндрическую пневмотрубу, устройство для подачи материала и разгрузочное устройство. В ней нижняя секция пневмотрубы соединена с источником атмосферного воздуха и питателем. Средняя секция выполнена в виде двух соосно расположенных обечаек, внутренняя из которых снабжена отверстиями, а в пространство между обечайками - спиральный канал - через тангенциально расположенный патрубок подается теплоноситель. Верхняя секция пневмотрубы соединена с разгрузочным устройством. Секции разделены вставками из теплоизоляционного материала.
Влажный материал с помощью питателя подается в нижнюю секцию пневмотрубы, подхватывается потоком ненагретого атмосферного воздуха и транспортируется в среднюю секцию, куда через отверстия во внутренней обечайке подаются топочные газы. Поток газовзвеси из средней секции транспортируется через верхнюю секцию в осадительную камеру, где частицы материала выпадают из газового потока, оседают на днище камеры и непрерывно выгружаются из нее.
Недостатком такой сушилки является снижение термического потенциала теплоносителя за счет разбавления его ненагретым атмосферным воздухом, служащим для пневмотранспортирования материала из нижней секции в среднюю.
Техническим результатом заявляемой конструкции струйного нагревателя является: 1) повышение эффективности использования теплоносителя и, тем самым, снижение расхода топлива; 2) повышение равномерности распределения теплоносителя по сечению пневмотрубы и интенсификация тепломассообмена.
Технический результат достигается тем, что струйный нагреватель содержит вертикальную секционную пневмотрубу, верхняя секция которой соединена с разгрузочным устройством, нижняя секция соединена с устройством для подачи материала, а средняя секция снабжена отверстиями или соплами для ввода теплоносителя, причем отверстия или сопла заключены в улиткообразный коллектор, в который подается свежий теплоноситель, а в нижнюю секцию пневмотрубы подается отработанный теплоноситель.
Отработанный теплоноситель, очищенный от пыли после других сушильных аппаратов либо отбираемый на выходе из струйного нагревателя, подается в нижнюю секцию пневмотрубы для повышения эффективности использования тепла, поскольку рециркуляция теплоносителя позволяет снизить расход топлива на нагрев и сушку материала.
Для повышения равномерности распределения теплоносителя по сечению пневмотрубы его подача осуществляется через улиткообразный коллектор, рассчитанный таким образом, чтобы внутри него поддерживалось постоянное статическое давление. За счет этого струи теплоносителя проникают внутрь пневмотрубы в направлении, наиболее приближенном к радиальному, и равномерно распределяются по сечению трубы, повышая равномерность нагрева (сушки).
При обработке материалов, склонных к измельчению при соударении со стенками или за счет термических напряжений, снижению дробления частиц способствует отдув частиц материала от стенок теплоносителем в средней секции и малое время взаимодействия, предотвращающее перегрев частиц.
С целью интенсификации тепломассообмена для материалов, не склонных к измельчению, целесообразно создавать условия нестационарного взаимодействия фаз по высоте пневмотрубы, например, путем установки в верхней секции пневмотрубы или в сепарационной камере (разгрузочном устройстве) завихрителей, вставок или иных подобных приспособлений, изменяющих скорость и направление потока газовзвеси.
Диаметр нижней секции пневмотрубы может быть меньше, чем диаметр внутренней обечайки средней секции.
Диаметр нижней секции пневмотрубы может быть меньше диаметра средней в зависимости от соотношения расходов отработанного и свежего теплоносителя, подаваемых в аппарат. Внутренняя обечайка средней секции может быть выполнена в виде расширяющегося кверху конуса, диаметр нижнего основания которого равен диаметру нижней секции, а диаметр верхнего - диаметру верхней секции. Такая форма средней секции не позволит образоваться отложениям материала на участке соединения нижней и средней секций при аварийном прекращении подачи теплоносителя в аппарат.
Схема предлагаемой конструкции струйного нагревателя представлена на чертеже.
Струйный нагреватель содержит вертикальную пневмотрубу, включающую 3 секции: нижнюю 1, среднюю 2 и верхнюю 3, улиткообразный коллектор 4, устройство для подачи материала (питатель) 5 и разгрузочное устройство 6.
Устройство работает следующим образом. Материал, предназначенный для нагрева или сушки, с помощью питателя 5 подается в нижнюю секцию пневмотрубы 1, подхватывается потоком отработанного теплоносителя и транспортируется в вышерасположенную среднюю секцию 2. Свежий теплоноситель проходит по улиткообразному коллектору 4 и через отверстия (сопла) в стенке средней секции проникает внутрь пневмотрубы. Взаимодействие материала с поперечными газовыми струями теплоносителя происходит в условиях активного гидродинамического режима. Восходящий поток газовзвеси транспортируется через верхнюю секцию 3 в разгрузочное устройство 6, где частицы материала выпадают из газового потока и непрерывно выгружаются из него. Освобожденный от твердой фазы отработанный теплоноситель, выводится из разгрузочного устройства в систему очистки, причем часть его (в зависимости от схемы работы аппарата) может отбираться и направляться в нижнюю секцию струйного нагревателя для рециркуляции.