УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУШКИ ОТХОДОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ

Полезная модель относится к устройствам для высокочастотной сушки и может быть применено для изготовления топливных брикетов из отходов растительного, органического минерального и синтезированного сырья.
Существующие процессы обработки связаны с переработкой разнообразных отходов растительного, органического, минерального и синтезированного сырья. В связи с отличиями в технологических процессах получения отходов, условиях их хранения и транспортировки они имеют различные электрофизико-химические и влажностные показатели. Одним из важнейших показателей современности стали процесс утилизации отходов и получения дешевой энергии, В связи с этим возникает необходимость в создании устройств сушки и обработки отходов.
Известен способ и устройство вакуумной сушки капиллярно-пористых материалов. На материал дополнительно воздействуют энергией механических колебаний ультразвуковой частоты. Устройство содержит элементы нагревания материала и вакуумирование. Нагревание материала осуществляют воздействием энергии электромагнитного поля высокой частоты и/или энергией механических колебаний ультразвуковой частоты, при этом нагревание материала, вакуумирование и воздействие на материал энергии механических колебаний ультразвуковой частоты осуществляют одновременно (см. Патент на изобретение RU №2168127, МПК F26B7/00, F26B5/02, F26B5/04, F26B3/34 заявлен, 02.07.1999 г.). Недостаток данного устройства состоит в необходимости создания специальных вакуумных камер с одновременной подводкой к ним энергии механических колебаний ультразвуковой частоты.
Известна вакуумно-диэлектрическая сушильная камера для древесины, содержащая герметичный корпус, средство для перемещения штабеля древесины, системы вакуумирования, охлаждения камеры, сбора и отвода конденсата, а также высокочастотный генератор с системой подвода высокочастотного напряжения к электродам, расположенным в полоцти корпуса по обе стороны относительно боковых стенок штабеля. Так же система подвода напряжения включает токопроводящие шины, установленные в контакте с большим количеством точек в верхней части каждого электрода, причем электроды примыкают к боковым стенкам штабеля в его верхней части и расположены под углом 0,5-2,0° к вертикали с образованием между ними и боковыми стенками штабеля зазоров, величина которых увеличивается в направлении сверху вниз (см. Патент на изобретение RU №2040744, МПК F26B 3/34, F26B 3/347, F26B 5/04 заявлен, 12.07.1994 г). Сложная геометрия подключения электродов и большое их количество, наличие вакуума и необходимость обеспечения генератора охлаждающей системой делают данное устройство трудоемким и затратным.
Наиболее близким по конструктивным признакам, принятым в качестве прототипа, было взято устройство для сверхвысокочастотной сушки сыпучих материалов (см. Патент на изобретение RU 2073961, МПК H05B 6/64, H05B 6/80, F24C 7/02, F26B 3/32, F26B 3/34, заявлен 10.08.1994 г). Сущность данного устройства в том, что для сверхвысокочастотной сушки сыпучих материалов применяются СВЧ-генераторы, соединенные с камерой нагрева, загрузочный и разгрузочный туннели, присоединенные к камере нагрева, конвейер, состоящий из секций, образованных транспортером и пластинами прямоугольной формы, размещенными поперек транспортера, имеют дополнительные СВЧ-генераторы, каждый СВЧ-генератор подключен через отрезок волновода к облучателю, установленному в камере нагрева над конвейером, в шахматном порядке, камера нагрева снабжена четвертьволновыми дросселями с поглотителем, размещенными на входе и выходе камеры нагрева, высота прямоугольных пластин не превышает λ/2, а расстояние между пластинами больше λ, где λ - длина рабочей волны.
К недостаткам данного устройства следует отнести используемое СВЧ-излучение не позволяющее равномерно сушить габаритные изделия, т.к. незначительна глубина проникновения в материал СВЧ-энергии. Режим работы СВЧ-генератора - максимальный, т.к. особенностью оборудования данного типа является нерегулируемость мощности излучения, которая также не зависит ни от электрофизико-химических свойств обрабатываемого материала, ни от его наличия или полноты загрузки им камер нагрева. Наличие дросселей и поглотителей, на разогрев которых затрачивается дополнительная энергия, увеличивает неэффективное энергопотребление предлагаемого устройства.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства для более полной сушки и изготовления топливных брикетов из различных по габаритам отходов растительного, органического, минерального и синтезированного сырья
Техническим решением поставленной задачи является устройство для сушки и изготовления топливных брикетов из отходов растительного, органического, минерального и синтезированного сырья, имеющее генератор радиочастотного диапазона, соединенный с рабочей камерой нагрева, загрузочные и разгрузочные емкости, присоединяемые поочередно к контактам генератора в рабочей камере нагрева, конвейер, состоящий из секций, образованных транспортером с установленными загрузочными и разгрузочными емкостями, размещенными вдоль транспортера, согласно полезной модели, установлено дополнительно устройство регулирования мощности нагрева (например переменный конденсатор), пресс для предварительного обезвоживания (перед сушкой) и последующей (в процессе сушки) опрессовки для непосредственного формирования топливного брикета.
Техническим результатом полезной модели являются возможности регулирования мощности нагрева, предварительное обезвоживание, равномерность сушки, уменьшение энергозатрат при простоте изготовления.
Указанный технический результат достигается тем что, устройство для изготовления топливных брикетов содержит ВЧ-генератор, позволяющий без дополнительных элементов (дросселей и поглотителей) организовать передачу энергии через коаксиальную линию к электродам, контактирующим непосредственно с обрабатываемым материалом и расположенным в рабочей камере, где энергия высокой частоты расходуется только на нагрев имеющегося между электродами сырья, причем устройство снабжено регулятором ВЧ-энегрии, которая может быть уменьшена или увеличена в зависимости от производственных необходимостей, при этом, в отличии от СВЧ-обработки процесс ВЧ-нагрева избирательный и саморегулируемый (в первую очередь нагревается только влажный материал, с уменьшением влагосодержания которого его электропроводность снижается и процесс ВЧ-нагрева прекращается), более того, ВЧ-излучение отличается от СВЧ равномерностью и большей глубиной проникновения, причем установленный в рабочей камере пресс производит предварительную опрессовку с целью обезвоживания материала.
Сущность устройства поясняется чертежом, где на фигуре 1 показана структурная схема устройства для сушки и изготовления топливных брикетов из мелкофракционных отходов растительного, органического, минерального и синтезированного сырья.
Устройство содержит: бункер-дозатор 1 для заполнения исходным материалом 2, загрузочно-разгрузочные емкости 3, выполненные в виде сборных конструкций состоящих из стенок (в виде цилиндра или другой геометрической фигуры из нетокопроводящих материалов) 4 и дна 5 выполненного перфорированным из токопроводящего материала, установленные в свою очередь с натягом в технологические отверстия 6 конвейера 7, причем емкости установлены по всей длине непрерывного конвейера (например кругового) на расстоянии шага L защищенную экраном 8, изготовленного из листового алюминия с вмонтированными в него металлическими планками 9 для удерживания его в закрытом положении при помощи электромагнитов 10, рабочую камеру нагрева, 11, состоящую в свою очередь из расположенного в ней пресса 12, шток 13 которого, соединен с подвижной плитой 14, которая через изоляционную прокладку 15 соединена с перфорированной пластиной 16 по размеру и форме входящей в загрузочную емкость, плотно соприкасаясь с ее стенками 4, причем эта пластина через гибкую шину 17 и коаксиальный кабель 18 соединена опосредованно через регулятор мощности 19 с высокочастотным генератором 20 и одновременно выполняет роль высокопотенциального электрода, нижняя часть рабочей камеры 21 является основанием устройства, выполнена из алюминиевого сплава, заземлена и выполняет одновременно роль низкопотенциального электрода.
Работа устройства для сушки отходов при изготовлении топливных брикетов осуществляется следующим образом.
После заполнения отходами из бункера-дозатора загрузочно-разгрузочной емкости, производится включение конвейера и его циклическое перемещение вместе с заполненной емкостью в открытую рабочую камеру нагрева. Цикл перемещения V определяется расстоянием L, которое обеспечивает соосность загрузочно-разгрузочной емкости фигура 2 и верхней перфорированной пластины фигура 3. При этом необходимо отметить, что загрузочно-разгрузочные емкости, выполнены в виде сборных конструкций состоящих из стенок (в виде цилиндра или другой геометрической фигуры изготовленной из изоляционных материалов) 4 и дна 5 выполненного перфорированным из токопроводящего материала. Перфорированное дно 5, выполненно из медного сплава, стенка цилиндрической формы 4, выполненна из электроизоляционного картона марки ЭВТ, ГОСТ 2824-86, толщиной 0,4 мм. Крепление стенок осуществляется раздвижными хомутами подходящего диаметра 23. Такая конструкция стенки позволяет увеличить допуски несоосностей загрузочной емкости 3 и верхней перфорированной пластины фигура 16, т.к. стенки загрузочной емкости из электроизоляционного картона достаточно гибки и компенсируют в процессе работы погрешности несоосности.
Верхняя перфорированная пластина 16 по размеру и форме точно соответствует форме сечения загрузочно-разгрузочной емкости 3 в плоскости перпендикулярной оси и через изоляционную прокладку 15 присоединена к подвижной верхней плите 14 Нресса 12, 13, при включении которого, плотно соприкасаясь с ее стенками выполняет роль поршня 16, обеспечивающего передачу давления для удаление избыточной влаги из обрабатываемого материала. Удаление влаги в основном осуществляется через перфорированное дно 23 сборной загрузочно-разгрузочной емкости. Время работы и усилие пресса F определяется экспериментально, по окончанию интенсивного влагоотделения и зависит от исходного сырья 2. По экспериментальным данным (в зависимости от влажности материала) за счет прессования удаляется до 10% влаги.
Включение ВЧ-генератора производится по истечению времени прессования. Энергия от ВЧ-генератора 20 через регулятор мощности 19, коаксиальный кабель 18 и гибкую шину 17 передается на верхнюю перфорированную пластину 16. Электротермический ВЧ-нагрев обрабатываемого материала, значительно превышающий по глубине и интенсивности СВЧ-нагрев (фиг. 2) при-водит к удалению пароводяной смеси, из обрабатываемого материала, беспрепятственный выход которой в основном осуществляется через верхнюю перфорированную пластину 16, которая после включения ВЧ-генератора выполняет роль высокопотенциального электрода. Усилие F пресса при этом не снимается, чем обеспечивается надежный контакт перфорированного дна 23 загрузочной емкости 3 с заземленным основанием устройства 21, изготовленным из алюминиевого сплава, что позволяет дну 23 выполнять одновременно роль низкопотенциального электрода.
Время ВЧ-сушки с одновременной подпрессовкой, формирующей топливный брикет может предварительно определяться исходя из описании течения жидкости Пуазейля (1):
где r - радиус капилляра, Δp - разность давления на концах капилляра, μ - вязкость жидкости, l - длина капилляра.
Исследованиями установлено, что в пределах скоростей 0-8 см/с фильтрационный поток имеет ламинарный режим. При скоростях более 8 см/с режим ламинарного движения переходит в турбулентный режим, и сопротивление капилляра резко повышается. Это показывает на сложности в проведении расчетов при использовании данной методики при практическом использовании, поэтому время ВЧ-сушки с одновременной подпрессовкой определялось экспериментально, учитывая особенность электротермического нагрева с использованием ВЧ-частот (например 27,12 МГц) процесс сушки является избирательным и саморегулируемым, когда нагрев более интенсивно идет в местах с большим содержанием влаги и прекращается автоматически при ее удалении.
Так например, при прессовке топливных брикетов из древесно-опилочной массы при времени сушки 17 секунд (на оборудовании УЗП 2500 и режиме работы анодного тока 0,35 А и давлении 200 кг) были получены топливные брикеты толщиной 20 мм. без добавления каких либо связующих веществ.
При прессовке с ВЧ-сушкой были получены модифицированные топливные брикеты с добавлением полиэтиленовой крошки при времени сушки 29 секунд (на оборудовании УЗП 2500 и режиме работы анодного тока 0,35 А и давлении 200 кг) были получены топливные брикеты толщиной 25 мм. Для удешевления материала полиэтиленовая крошка изготовлялась из отходов полиэтилена уже проходившего неоднократную вторичную переработку, подвергавшегося существенным деструктивным изменениям в процессе эксплуатации или загрязненного нетоксичными соединениями, мешающими переработке традиционными методами
Определение времени ВЧ-сушки и обезвоживания образцов высотой более 50 мм проводили на примере гидролизного лигнина. Гидролизный лигнин имеет высокую влажность и до настоящего времени не нашел применения. Исходный материал был неоднороден, размеры отдельных частиц достигали 20-30 мм. Времени сушки составило 40 секунд (на оборудовании УЗП 2500 и режиме работы анодного тока 0,35 А и давлении 200 кг).
Включению пресса предшествует обязательное опускание защитного экрана 8 с одновременным удерживанием его примагничиванием пластин 9 к включенным электромагнитам 10, которые обесточиваются после окончания процесса ВЧ-сушки и прессования. Открытие экрана 8 осуществляется пружинным или иным механизмом (на рисунке не показан). Поднятие экрана в верхнее положение дает сигнал на поднятие пресса и циклическое перемещение V конвейера 6 на расстояние L, что позволяет вывести из камеры нагрева 11 загрузочно-разгрузочную емкость 3 уже с готовым топливным брикетом 22 и одновременно ввести в зону рабочей камеры нагрева 11, последующую предварительно заполненную загрузочно-разгрузочную емкость 3. Извлечение готового брикета осуществляется в цикловое время прессовки и ВЧ-нагрева. Объем изготовленных брикетов 22 после сушки уменьшается и его извлечение из загрузочно-разгрузочной емкости 3 не требует дополнительных приспособлений.
Для лучшего удаления влаги электроды выполнены в виде перфорированных пластин, в верхнем электроде 16, предусмотрено обосновано увеличенное количество и диаметр равномерно распределенных по площади отверстий для интенсивного удаления продуктов сушки. Используя основные законы гидро- и аэродинамики и зная физические параметры жидкостей и газов получаемых в процессе сушки можно определить оптимальное суммарное сечение отверстий для интенсивного удаления продуктов сушки. В зависимости от назначения топливных брикетов 22 и условий их хранения и транспортировки в исходное сырье могут быть включены различные наполнители служащие, как инициирующим веществом для интенсивного и более полного сгорания, так и связующим необходимым для создания прочностного каркаса.