СУШИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОДУКТОВ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ
DRYING UNIT FOR WOOD CHIPPING PRODUCTS

Изобретение касается сушильной установки для продуктов измельчения древесины, в частности для древесной щепы, древесной стружки или древесного волокна, содержащей котел для сжигания, который включает топку для сжигания древесины и/или древесных материалов и дополнительную топку, трубопровод дымовых газов для отвода образующихся при сгорании дымовых газов, и сушилку для продуктов измельчения древесины, которая питается от трубопровода дымовых газов. Согласно второму аспекту изобретение касается способа сушки продуктов измельчения древесины, в частности древесной щепы, древесной стружки и/или древесного волокна.
Сушильные установки для продуктов измельчения древесины применяются для того, чтобы сушить продукты измельчения древесины пред дальнейшей переработкой. Для этого в котле для сжигания сжигается материал, который образуется в виде отхода при изготовлении древесных плит, например кора, древесное волокно или оставшийся мусор. При необходимости температура дымовых газов еще более увеличивается с помощью дополнительной топки, которая, например, представляет собой газовую топку.
Так как образующиеся дымовые газы для сушилки, как правило, имеют слишком высокую температуру, известно охлаждение дымовых газов с помощью теплообменников, в которых циркулирует термомасло. Преимущество при этом заключается, кроме того, в том, что нагретое термомасло может быть использовано в качестве источника энергии в производственных процессах, например при прессовании древесных плит.
Недостатком известных сушильных установок для продуктов измельчения древесины является то, что частицы золы, находящиеся в дымовом газе, могут осаждаться в теплообменниках. Это приводит к высоким затратам на техническое обслуживание, которое влечет за собой простои установки, снижающие ее эффективность. В худшем случае отложения настолько сильны, что может возникнуть неисправность, вследствие которой термомасло может выступить наружу и воспламениться. Это может привести даже к разрушению топки, работающей на твердом топливе.
В основу изобретения положена задача - предоставить сушильную установку для продуктов измельчения древесины, обеспечивающую возможность длительной эксплуатации при сжигании, в частности, древесного волокна с высоким содержанием влаги, при сокращенных затратах на техническое обслуживание.
Изобретение решает эту задачу за счет сушильной установки для продуктов измельчения древесины указанного вначале рода, в которой между котлом для сжигания и сушилкой расположена комбинированная радиационно-конвективная часть для нагрева термомасла, через которую циркулирует термомасло.
По второму аспекту изобретение решает проблему с помощью способа сушки продуктов измельчения древесины, включающего шаги: (a) сжигание древесины и древесных материалов, при необходимости с использованием дополнительной топки, в котле для сжигания так, что образуется дымовой газ, (b) направление дымового газа в комбинированной радиационно-конвективной части сначала вверх, а потом вниз, при этом дымовой газ охлаждается, а термомасло - нагреваться, а затем сверху вниз через конвективную часть, так что дымовой газ продолжает охлаждаться, а термомасло нагревается, и затем (c) направление дымового газа в сушилку для продуктов измельчения древесины.
Преимущество изобретения заключается в том, что возможно легкое дооснащение существующих установок. Существующие сушильные установки для продуктов измельчения древесины часто имеют котел для сжигания, который с трудом поддается модернизации. Благодаря подключению комбинированной радиационно-конвективной части становится возможным дальнейшее использование старого котла для сжигания и одновременно обеспечивается высокая эксплуатационная надежность.
Преимущество заключается также в том, что комбинированная радиационно-конвективная часть позволяет настолько снизить скорость потока дымового газа, что большая доля частиц золы выпадает в осадок. При этом комбинированная радиационно-конвективная часть, по меньшей мере, частично работает так же, как золоуловитель, так что при возможном подключении чисто конвективной части образование отложений практически невозможно. Благодаря этому значительно повышается эксплуатационная надежность установки.
В рамках настоящего описания под котлом для сжигания понимается, в частности, любое техническое устройство, которое предназначено для сжигания древесины и/или древесных материалов, а также древесной щепы, древесной стружки, коры и/или оставшегося мусора. Устройством для сжигания древесины и/или древесных материалов может быть, например, колосниковая решетка, которую также называют переталкивающей колосниковой решеткой. Альтернативно котел для сжигания представляет собой котел с «кипящим слоем», в котором древесные отходы сжигаются в «кипящем слое». Дополнительная топка может, например, представлять собой газовую топку. Но альтернативно возможно также сжигание минерального масла или прочих энергоносителей.
Под комбинированной радиационно-конвективной частью понимается, в частности, компонента сушильной установки, у которой при теплопередаче между дымом и радиационно-конвективной частью ни теплоизлучение, ни теплопроводность не являются доминирующими. Чисто радиационные части и чисто конвективные части оптимизированы для выполнения соответствующих задач. Например, у радиационных частей предпринимаются попытки избежать турбулентности дымового газа, чтобы не замедлять дымовой газ без необходимости. Радиационная часть предпочтительна, в сущности, только при очень высоких температурах дымовых газов, так как возрастание мощности, передаваемой путем теплоизлучения, пропорционально абсолютной температуре в четвертой степени. У чисто конвективных частей, наоборот, стремятся получить как можно более турбулентный поток, так как в этом случае коэффициент теплопередачи особенно высок. Но это приводит к потерям скорости потока. Поэтому комбинированная радиационно-конвективная часть не является ни чисто радиационной частью, ни чисто конвективной частью.
По одному из предпочтительных вариантов осуществления, по меньшей мере, одна радиационно-конвективная часть выполнена так, что дымовой газ сначала течет вертикально вверх, а затем вертикально вниз. Преимущество здесь заключается в том, что горячий дымовой газ на участке, на котором он течет вертикально вверх, может иметь высокую скорость потока, так как тепло большей частью отдается через теплоизлучение трубам теплообменника. На том участке, на котором дымовой газ течет вертикально вниз, скорость потока может быть уменьшена и при необходимости может быть увеличена турбулентность потока, что приводит к тому, что частицы золы могут выпасть в осадок. На этом участке дымовой газ движется уже вниз, так что ускоряется осаждение частиц золы.
Благодаря тому что дымовой газ течет сначала вверх и затем вертикально вниз, достигается, таким образом, что частицы золы большей частью улавливаются в комбинированной радиационно-конвективной части, что уменьшает до минимума ее загрязнение и загрязнение, возможно подключенной чисто, конвективной части и сокращает вероятность выхода установки из строя.
Особенно предпочтительно, чтобы комбинированная радиационно-конвективная часть имела радиальный внутренний подъемный канал и опускной канал, охватывающий этот подъемный канал в радиальном направлении. Благодаря этому достигается сильное снижение скорости потока при переходе дымовых газов из подъемного канала в опускной канал. Поскольку в опускном канале расположены направляющие щитки, чтобы завихрять поток дымовых газов для улучшения конвективной теплопередачи, потери энергии в связи с этим ниже. Сокращение скорости потока означает, как известно, тем более низкую потерю энергии, чем ниже общая скорость потока, потому что энергия потока зависит от скорости потока в квадрате.
Преимущество, кроме того, заключается в том, что, как описано выше, в опускном канале сила тяжести и скорость потока заставляют частицы золы выпадать в осадок.
Комбинированная радиационно-конвективная часть особенно компактна, если подъемный канал и опускной канал имеют общую стенку. Особенно предпочтительна общая стенка, по меньшей мере, частично образованная трубами теплообменника. Это достигается, например, посредством того, что комбинированная радиационно-конвективная часть в этом месте снабжена конструкцией из труб с перемычкой (Rohr-Steg-Rohr). Но возможно также крепление труб теплообменника на общей стенке.
По одному из предпочтительных вариантов осуществления комбинированная радиационно-конвективная часть выполнена так, что скорость потока дымового газа в, возможно, имеющемся опускном канале составляет менее 19 м/с, например приблизительно 18 м/с. Оказалось, что при этом возможна особенно эффективное улавливание золы при одновременно высокой теплопередаче между дымовым газом и термомаслом.
Предпочтительной является скорость потока дымового газа перед входом в комбинированную радиационно-конвективную часть, превышающая 22 м/с и составляющая, например, около 24 м/с. Если комбинированная радиационно-конвективная часть снабжена подъемным каналом, скорость потока может там также составлять свыше 22 м/с. Преимущество здесь заключается в том, что предотвращаются потери тепла между котлом для сжигания и комбинированной радиационно-конвективной частью и улавливание золы перед опускным каналом подавляется высокой скоростью потока.
Можно предусмотреть, чтобы между котлом для сжигания и комбинированной радиационно-конвективной частью располагалась чисто радиационная часть и/или за комбинированной радиационно-конвективной частью располагалась чисто конвективная часть. Таким образом, можно, с одной стороны, получить особенно горячее термомасло, с другой стороны, особенно эффективно используется энтальпия дымового газа.
Особенно предпочтительно, если комбинированная радиационно-конвективная часть работает, как золоулавливатель, и снабжена автоматическим устройством золоудаления. Под этим следует понимать, что в комбинированной радиационно-конвективной части, в частности, улавливается более чем 85% золы, выходящей из котла для сжигания.
Предпочтительно сушильная установка для продуктов измельчения древесины включает, по меньшей мере, две комбинированные радиационно-конвективные части, которые соединены так, что их дымовые газы перед поступлением, по меньшей мере, в одну конвективную часть сводятся вместе. Таким образом, установка может эксплуатироваться в непрерывном режиме, даже если одна из комбинированных радиационно-конвективных частей находится в состоянии технического обслуживания.
Возможно, но не необходимо, чтобы котел для сжигания, то есть непосредственное окружение места топки, в которой сжигаются частицы древесины, включал трубы теплообменника, в которых циркулирует термомасло. В частности, преимущество изобретения заключается в том, что котел для сжигания необязательно должен иметь трубы теплообменника такого рода. При этом возможна особенно простая чистка котла для сжигания, так как нет необходимости принимать во внимание чувствительные трубы теплообменника.
Известные установки для продуктов измельчения древесины, как правило, снабжены смесительной камерой, в которой непосредственно за котлом для сжигания забирается часть дымовых газов. Этот горячий газ пропускается через мультициклоны и направляется непосредственно в сушилку, чтобы повысить там температуру. Недостатком являются высокие затраты на смесительную камеру, которых по одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения удается избежать за счет того, что установка для продуктов измельчения древесины снабжена управляемым устройством ответвления, которое предназначено для забора дымового газа из комбинированной радиационно-конвективной части. Это устройство ответвления просто реализуется и поэтому экономично.
Предпочтительно устройство ответвления предназначено для направления дымового газа в сушилку по каналу, в котором нет охлаждающего теплообменника. Так в сушилку может подаваться особенно горячий дымовой газ. Предпочтительно в этом канале перед сушилкой расположено устройство очистки дымового газа, например мультициклон.
Предпочтительно устройство ответвления расположено так, что оно забирает дымовой газ в направлении потока за подъемным каналом и, в частности, перед опускным каналом. Альтернативно может быть предусмотрено, чтобы устройство ответвления располагалось для забора дымового газа за комбинированной радиационно-конвективной частью.
В предлагаемом изобретением способе предпочтительно предусмотрено, что к дымовому газу за комбинированной радиационно-конвективной частью подмешивается воздух, и образующаяся сухая газовая смесь направляется затем в сушилку. Но нет необходимости в том, чтобы воздух подмешивался непосредственно за комбинированной радиационно-конвективной частью. Поскольку подключена еще и чисто конвективная часть, воздух, предпочтительно, подмешивается за ней. Это позволяет просто и независимо от котла для сжигания регулировать необходимое общее количество сушильного газа.
По одному из предпочтительных вариантов осуществления температура дымового газа при поступлении в комбинированную радиационно-конвективную часть составляет свыше 850°C. На выходе из комбинированной радиационно-конвективной части температура дымового газа составляет, в частности, менее 600°C. Таким образом, обеспечивается отбор у дымового газа особенно большого количества энергии. Кроме того, дымовые газы находятся в течение определенного времени в комбинированной радиационно-конвективной части, что способствует улавливанию золы.
Далее изобретение поясняется подробнее с помощью прилагаемых чертежей. При этом показано:
Фиг.1 - схематический чертеж предлагаемой изобретением сушильной установки для продуктов измельчения древесины, вид сбоку,
Фиг.2 - сушильная установка для продуктов измельчения древесины, показанная на фиг.1, в сечении сверху,
Фиг.3 - детальный чертеж сушильной установки, показанной на фиг.1 и 2, вид сбоку, и
Фиг.4 - сушильная установка, показанная на фиг.3, вид сверху.
На фиг.1 показана предлагаемая изобретением сушильная установка 10 для продуктов измельчения древесины, которая далее кратко именуется сушильной установкой. Сушильная установка 10 включает котел 12 для сжигания с устройством для сжигания древесных отходов в виде переталкивающей колосниковой решетки 14, дополнительную топку 18 к изображенной только на фиг.4 сушилке для продуктов измельчения древесины. Сушильная установка 10 представляет собой, например, часть производственной линии для изготовления древесных плит.
Котел 12 для сжигания рассчитан на термическую мощность 42 мегаватт и температуру сжигания свыше 850°C, в настоящем случае, например, 950°C. Образующийся дымовой газ направляется, как показано стрелкой P1, по трубопроводу 22 дымовых газов в комбинированную радиационно-конвективную часть 24.
Дымовой газ 20 поступает снизу в радиационно-конвективную часть 24 и течет по радиальному внутреннему подъемному каналу 26 вверх. Подъемный канал 26 в радиальном направлении снаружи ограничивается тубами 28 теплообменника. В головной области 30 дымовой газ 20 изменяет направление своего потока и течет по опускному каналу 32 вертикально вниз, как показано стрелками P2. Опускной канал 32 охватывает подъемный канал 26 в радиальном направлении.
26
32
26
32
26
32
Подъемный канал 26 имеет площадь A поперечного сечения подъемного канала, которая меньше, чем площадь Aпоперечного сечения опускного канала. Благодаря этому скорость vпотока в подъемном канале 26, которая оставляет приблизительно 24 м/с, уменьшается до скорости vпотока, составляющей приблизительно 18 м/с. Из-за различных скоростей v, соответственно, v потока в подъемном канале 26 преобладает теплопередача путем теплового излучения, в опускном канале 32, напротив, преобладает теплопередача путем конвекции.
32
Дымовой газ 20, приходящий из котла 12 для сжигания, приносит с собой множество частиц 34.1, 34.2, … золы. Между котлом 12 для сжигания и опускным каналом 32 скорость v потока дымового газа всегда больше 22 м/с, благодаря чему достигается, что частицы 34 золы почти не осаждаются на внутренних сторонах трубопровода 22 дымовых газов. В опускном канале 32 комбинированной радиационно-конвективной части 24 скорость vпотока, однако, так мала, что частицы золы, как показано частицами золы 34.4 и 34.5, осаждаются на днище и оттуда отводятся через не изображенное на чертеже устройство золоудаления.
Содержащий теперь малое количество золы дымовой газ 20 попадает через второй подводящий трубопровод 36 в подключенные чисто конвективные части 38.1, 38.2, в которых предусмотрены другие трубы 40 теплообменника, которые продолжают охлаждать дымовой газ 20. Дымовой газ 20 выходит из конвективной части через отводящий трубопровод 42, как показывают стрелки P3.
На фиг.2 показано сечение сушильной установки 10, показанной на фиг.1, в плоскости B-B. И наоборот, фиг.1 представляет собой сечение вдоль линии A-A, показанной на фиг.2. Можно видеть, что дымовой газ 20, как показано стрелками P1, в котле 12 для сжигания течет вверх.
На фиг.2 можно также видеть, что дымовой газ 20 сначала поступает в чисто радиационную часть 44 и там течет сверху вниз. Радиационная часть 44 также оснащена трубами теплообменника, в которых, как и во всех других теплообменниках, циркулирует термомасло, отбирая тепло дымового газа.
Дымовой газ течет из радиационной части 44 в первую радиационно-конвективную часть 24.1, которая показана на фиг.1, и вторую радиационно-конвективную часть 24.2. Затем дымовой газ течет через четыре, чисто конвективные части 38.1, 38.2, 38.3 и 38.4. При этом может быть предусмотрено, чтобы обе чисто конвективные части 38.1, 38.2 снабжались дымовым газом из радиационно-конвективной части 24.1, а конвективные части 38.3 и 38.4 снабжались дымовым газом из радиационно-конвективной части 24.2. В дальнейшем позицией 38 обозначаются конвективные части как таковые.
На фиг.3 показана сушильная установка 10 с котлом 12 для сжигания, подводящим трубопроводом 18 и радиационно-конвективной частью 24.1, снабженной устройством 46 золоудаления. Предусмотрено устройство 47 ответвления, которое расположено так, что дымовой газ 2 может попадать в ответвляемый трубопровод 50. Более подробно принцип действия будет описан ниже.
На фиг.4 показан вид сверху части сушильной установки 10, показанной на фиг.3, включающей радиационную часть 44, комбинированную радиационно-конвективную часть 24.1 и 24.2 и конвективные части 38. Кроме того, можно видеть подъемный канал 26.1 радиационно-конвективной части 24.1 и подъемный канал 26.2 радиационно-конвективной части 24.2. Эти компоненты образуют систему 48 охлаждения дымового газа сушильной установки.
Текущий из отводящего трубопровода 42 дымовой газ 20 поступает в схематически изображенную на чертеже сушилку 49, в которой сушатся продукты измельчения древесины, например древесная стружка. Циркулирующее в трубах теплообменника термомасло направляется к не изображенным на чертеже прессам для приведения их в действие и, охлажденное, снова возвращается в теплообменник.
Устройство 47 ответвления включает первый клапан 52.1 и второй клапан 52.2. Первый клапан 52.1 соединен с радиационно-конвективной частью 24.1 так, что происходит частичная вытяжка дымового газа 20, приходящего из подъемного канала 26.1, до того, как он попадет в опускной канал 32.1. Второй клапан 52.2 соединен соответственно с радиационно-конвективной частью 24.2. Клапаны 52 выполнены таким образом, что количество отбираемого дымового газа может регулироваться.
Дымовой газ 20 по ответвляемому трубопроводу 50 направляется непосредственно к не изображенному на чертеже смесительному устройству, где он смешивается с дымовым газом, который прежде уже прошел, по меньшей мере, через одну из конвективных частей 38. С помощью соотношения компонентов смеси происходит управление температурой смешанного газа, который затем попадает в сушилку 49.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ
10 Сушильная установка
12 Котел для сжигания
14 Переталкивающая колосниковая решетка
16 Дополнительная топка
18 Подводящий трубопровод
20 Дымовой газ
22 Трубопровод дымовых газов
24 Радиационно-конвективная часть
26 Подъемный канал
28 Труба теплообменника
30 Головная область
32 Опускной канал
34 Частицы золы
36 Второй подводящий канал
38 Конвективная часть
40 Труба теплообменника
42 Отводящий трубопровод
44 Радиационная часть
46 Устройство золоудаления
47 Устройство ответвления
48 Система охлаждения дымового газа
49 Сушилка
50 Ответвляемый трубопровод
52 Клапан
26
A площадь поперечного сечения подъемного канала
32
A площадь поперечного сечения опускного канала
26
v скорость потока в подъемном канале
32
v скорость потока в опускном канале.