ВИХРЕВАЯ РАСПЫЛИТЕЛЬНАЯ СУШИЛКА ДЛЯ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
VORTEX SPRAYING DRIER FOR DISPERSE MATERIALS

Изобретение относится к распылительной сушилке дисперсных материалов в металлургической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известна распылительная сушилка по патенту РФ №2328676, F26B 17/10, содержащая камеру цилиндрической формы с хордально размещенными соплами для подачи теплоносителя, оси которых расположены по касательной к мнимой окружности, и распылитель, установленный по оси камеры (прототип). Данная сушилка является наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.
Недостатком известной распылительной сушилки является возможность налипания материала на стенки камеры, неэкономичность и низкое качество сушки.
Технический результат - повышение экономичности и качества сушки путем предотвращения налипания материала на стенки камеры.
Это достигается тем, что в вихревой распылительной сушилке для дисперсных материалов, содержащей сушильную камеру цилиндрической формы с хордально размещенными соплами для подачи теплоносителя, оси которых расположены по касательной к мнимой окружности, и распылитель, установленный по оси камеры, причем сушильная камера выполнена в виде двух последовательно соединенных цилиндров разного диаметра, меньший из которых составляет 1,0…1,5 диаметра вышеуказанной мнимой окружности, причем сопла расположены от выходного сечения меньшего цилиндра на расстоянии, не превышающем два диаметра сопла, в ней на уровне сопел в плоскостях, параллельных ее оси, на расстоянии от нее h=aR установлены лопатки, наклоненные навстречу потоку выходящих из сопел газов, где а - хордальность сопел, R - радиус камеры, причем лопатки установлены с возможностью перемещения вдоль оси камеры и с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной оси камеры, в сушилке предусмотрены, по крайней мере, два щелевых сопла, расположенные на внутренней стенке большого цилиндра, причем сопла расположены в коллекторах, соединенных посредством трубопроводов с коллектором для подачи нагретых газов и направлены по касательной к окружности большого цилиндра в точке контакта коллектора с внутренней стенкой большого цилиндра, а распылитель жидкости содержит полый цилиндрический корпус с каналом для подвода жидкости и соосную, жестко связанную с ним втулку, с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки, верхняя цилиндрическая ступень которой соединена посредством резьбового соединения с центральным сердечником, состоящим из цилиндрической части, и соосным с ней полым конусом, установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки, а кольцевой зазор соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке, соединяющими его с кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени, причем кольцевая полость связана с каналом корпуса для подвода жидкости, а к конусу, в его нижней части, жестко прикреплен с помощью винта распылитель, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора между соплом и полым конусом, при этом на боковой поверхности конуса выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий, с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, а в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три отверстия, причем оси дроссельных отверстий одного ряда смещены относительно осей дроссельных отверстий другого ряда на угол, лежащий в диапазоне 15°÷60°, а на внутренних поверхностях цилиндрических дроссельных отверстий, выполненных на боковой поверхности конуса с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, имеются винтовые канавки.
Или распылитель жидкости содержит полый корпус с соплом и центральным сердечником, корпус выполнен с каналом для подвода жидкости и содержит соосную, жестко связанную с ним втулку, с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки, верхняя цилиндрическая ступень которой соединена посредством резьбового соединения с соосным с ней центральным сердечником, имеющим центральное отверстие, и установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки, при этом кольцевой зазор соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке, соединяющими его с кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени, причем кольцевая полость связана с каналом корпуса для подвода жидкости, к центральному сердечнику, в его нижней части, жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса, соосного центральному отверстию сердечника, и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника, а к нижнему основанию усеченного конуса, посредством, по крайней мере, трех спиц, прикреплен рассекатель, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, а на внешней боковой поверхности усеченного конуса имеются винтовые канавки, а в рассекателе, который прикреплен к нижнему основанию усеченного конуса, посредством, по крайней мере, трех спиц и выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, осесимметрично центральному отверстию центрального сердечника, выполнено дроссельное отверстие.
К втулке распылителя жидкости, жестко связанной с корпусом, в ее нижней части, соосно прикреплен внешний диффузор, а к нижнему основанию усеченного конуса распылителя, жестко прикрепленного к центральному сердечнику, в его нижней части, при этом на внешней боковой поверхности усеченного конуса имеются винтовые канавки, соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор таким образом, что выходные сечения внешнего и внутреннего диффузоров лежат в одной плоскости.
На фиг. 1 изображена вихревая распылительная сушилка для дисперсных материалов; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - вариант выполнения распылителя, на фиг. 4 - вариант выполнения распылителя 5.
Вихревая распылительная сушилка для дисперсных материалов содержит сушильную камеру в виде большого цилиндра 2, малый цилиндр 1, коллектор 3 для нагрева газов, сопла 4 для подачи теплоносителя, распылитель 5, систему 6 отсоса и узел 7 выгрузки. Для интенсификации вихревой подачи теплоносителя и предотвращения налипания материала на стенки большого цилиндра 2 в сушилке предусмотрены, по крайней мере, два щелевых сопла 10, расположенные на внутренней стенке большого цилиндра 2. Сопла 10 расположены в коллекторах 9, соединенных посредством трубопроводов 8 с коллектором 3 для подачи нагретых газов. Сопла 10 направлены по касательной к окружности большого цилиндра 2 в точке 11 контакта коллектора с внутренней стенкой большого цилиндра 2.
Лопатки 14, служащие для отвода части потока нагретых газов в приосевую область 13 камеры, расположены на уровне сопел 4 в плоскостях, параллельных оси камеры и скреплены с опорной пластиной посредством фиксаторов (на чертеже не показано), ослабление которых обеспечивает возможность поворота лопаток вокруг оси на необходимый угол. Труба 12, жестко скрепленная с опорной пластиной, установлена с возможностью свободного перемещения по направляющей трубе для поднятия или опускания лопаток 14 относительно сопел 4.
Распылитель (фиг. 3) содержит цилиндрический полый корпус 15 с каналом 17 для подвода жидкости и соосную, жестко связанную с корпусом втулку 16 с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки 18, верхняя цилиндрическая ступень 20 которой соединена посредством резьбового соединения с центральным сердечником, состоящим из цилиндрической части 21 и соосным с ней полым конусом 22, установленным с кольцевым зазором 23 относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки 18. Кольцевой зазор 23 соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами 24, выполненными в двухступенчатой втулке 18, соединяющими его с кольцевой полостью 28, образованной внутренней поверхностью втулки 16 и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени 20, причем кольцевая полость 28 связана с каналом 17 корпуса 15 для подвода жидкости.
К конусу 22, в его нижней части, жестко прикреплен с помощью винта 27 распылитель 26, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 23 между соплом и полым конусом 22. На боковой поверхности конуса 22 выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий 24 и 25, с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, а в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три отверстия. При этом оси дроссельных отверстий одного ряда смещены относительно осей дроссельных отверстий другого ряда на угол, лежащий в диапазоне 15°÷60°. На внутренних поверхностях цилиндрических дроссельных отверстий 24 и 25, выполненных на боковой поверхности конуса 22 с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, имеются винтовые канавки, которые способствуют более интенсивному распыливанию жидкости.
Вихревая распылительная сушилка для дисперсных материалов работает следующим образом.
Нагретые газы из топочного устройства поступают в коллектор 3, далее через сопла 4 в объем малого цилиндра 1, где в результате взаимодействия между собой хордальных струй нагретого газа образуют основной интенсивный вихрь, исходящий из малого цилиндра 1. Сушильный материал и сжатый воздух поступают в распылитель (пневматическую форсунку) 5, где происходит распыление материала. Распыленный материал смешивается с нагретыми газами и далее в процессе совместного движения высушивается, поступает в нижнюю часть цилиндра 2, откуда удаляется через узел 7 выгрузки. При этом сопла 10 в результате истечения из них струй нагретого газа, направленных по касательной к окружности большого цилиндра 2, образуют дополнительный интенсивный вихрь, исходящий из большого цилиндра 2, и соединяющийся с основным вихрем. Направление основного и дополнительного вихрей организовано одинаковым для того, чтобы получить максимальную энергию суммарного вращающегося вихря, который вместе с высушиваемым материалом выходит на оптимальный режим вращающегося кольца, наиболее предпочтительный для распылительных сушилок.
Нагретые газы через патрубок 2 подают в короб 3 и далее через сопла 4 в объем камеры 1. Газы перемещаются вдоль осевых линий сопел 4, являющихся касательными к условной окружности 13, и формируют в объеме камеры основной вихрь, диаметр которого равен диаметру условной окружности 13. Основной вихрь перемещается вдоль камеры по винтовой линии, постепенно расходящейся под действием центробежных сил. Часть потока от основного вихря отбирается лопатками 14 и направляется на меньший радиус вращения с образованием дополнительного вихря, диаметр которого равен диаметру условной окружности 13. Дополнительный вихрь перемещается вдоль камеры по винтовой линии, также постепенно расходящейся за счет центробежных сил.
Распылитель 5 устанавливается в рабочее состояние в вертикальном положении. Жидкость под давлением подается в полость корпуса форсунки 15 и затем поступает по двум направлениям: первое - в кольцевую полость 28 через радиальные каналы 19 в кольцевой зазор 23 между соплом и центральным сердечником. При давлениях на входе более 0,2 МПа жидкость разгоняется на внешней конусной поверхности конуса 22 с образованием пленки жидкости, которая не отрывается от его внешней поверхности. Разгон жидкости на конической поверхности сопровождается понижением в ней статического давления и в результате этого парообразованием и выделением растворимых газов. Это явление дополнительно подготавливает жидкость к дроблению на мелкие капли. При достижении жидкостного потока встречных потоков, истекающих из цилиндрических дроссельных отверстий 24 и 25, происходит многократное дробление пленки с образованием мелкодисперсной фазы.
Второе направление, по которому поступает жидкость - через канал 17 для подвода жидкости в полость центрального сердечника, а затем в полый конус 22, из которого часть жидкости истекает через радиальные отверстия 24 и 25, при этом происходит многократное дробление капельных потоков жидкости, истекающих из дроссельных отверстий.
Теплоноситель, насыщенный водяным паром, удаляется через систему 6 отсоса.
При выполнении камеры в виде двух последовательно установленных соосных цилиндров 1 и 2 различного диаметра обеспечивается сосредоточенный подвод потока теплоносителя к корню факела распыления, при этом создаются наилучшие условия для интенсивного взаимодействия потока теплоносителя с факелом распыляемого материала в его корне за счет уменьшения расстояния от сопла для нагретых газов до корня факела распыления. Кроме того, такая конструкция позволяет подавать нагретые газы из меньшего цилиндра в больший в виде сформированного вихря определенных размеров, обеспечивающего наилучшие условия по тепломассообмену в объеме большого цилиндра. При этом значительно уменьшаются размеры зоны рециркуляции вокруг места выхода каждой струи подаваемого потока теплоносителя, что снижает потери тепла через крышку и стенки, ограничивающие размеры зоны рециркуляции.
Возможен вариант выполнения распылителя 5 (фиг. 4).
Распылитель 5 содержит цилиндрический полый корпус 29 с каналом 31 для подвода жидкости и соосную, жестко связанную с корпусом втулку 30 с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки 32, верхняя цилиндрическая ступень 34 которой соединена посредством резьбового соединения с соосным с ней центральным сердечником 35, имеющим центральное отверстие 37 и установленным с кольцевым зазором 38 относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки 32.
Кольцевой зазор 38 соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами 33, выполненными в двухступенчатой втулке 32, соединяющими его с кольцевой полостью 36, образованной внутренней поверхностью втулки 30 и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени 34, причем кольцевая полость 36 связана с каналом 31 корпуса 29 для подвода жидкости.
К центральному сердечнику 35, в его нижней части, жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса 39, соосного центральному отверстию 37 сердечника и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника 35, а к нижнему основанию усеченного конуса 39 посредством, по крайней мере, трех спиц 41 прикреплен рассекатель 40, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 38.
На внешней боковой поверхности усеченного конуса 39 имеются винтовые канавки (на чертеже не показано), которые способствуют более интенсивному распыливанию жидкости.
В рассекателе 40, который прикреплен к нижнему основанию усеченного конуса 39 посредством, по крайней мере, трех спиц 41 и выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 38, осесимметрично центральному отверстию 37 центрального сердечника 35 выполнено дроссельное отверстие 42.
Возможен вариант, когда к втулке 30, жестко связанной с корпусом 29, в ее нижней части соосно прикреплен внешний диффузор 43, а к нижнему основанию усеченного конуса 39 распылителя, жестко прикрепленного к центральному сердечнику 35, в его нижней части, при этом на внешней боковой поверхности усеченного конуса 39 имеются винтовые канавки, соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор 44 таким образом, что выходные сечения внешнего 43 и внутреннего 44 диффузоров лежат в одной плоскости.
Работа распылителя 5 осуществляется следующим образом.
Жидкость под давлением подается в полость корпуса форсунки 39 и затем поступает по двум направлениям: первое - в кольцевую полость 8 через радиальные каналы 33, затем в кольцевой зазор 38 между соплом и центральным сердечником 35. При давлениях на входе более 0,2 МПа жидкость разгоняется с образованием пленки жидкости, которая не отрывается от его внешней поверхности и приобретает вращательное движение на винтовой внешней поверхности усеченного конуса 39.
Второе направление, по которому поступает жидкость - через канал 31 для подвода жидкости в полость центрального отверстия 37 центрального сердечника 35, а затем через полость усеченного конуса 39 поступает на рассекатель 40, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 38, при этом происходит многократное дробление капельных потоков жидкости, истекающих по этим направлениям.
Наличие газовых включений в жидкости дополнительно возмущает ее поверхность, что приводит к волнообразованию и объемному дроблению жидкостной пленки. Потери механической энергии при внешнем разгоне (по внешней конической поверхности) уменьшаются по сравнению с таким же разгоном в закрытом канале.
Распылитель 5 может использоваться в различных технологических процессах, в которых требуется обеспечить высокую эффективность тепломассообменных процессов при распылении жидкостей.
Предложенная конструкция вихревой сушильной камеры обеспечивает сосредоточенный подвод потока теплоносителя к корню факела распыления при температуре нагретых газов, превышающей допустимую для сухого материала, способствует уменьшению налипания материала на стенки камеры и снижению потерь тепла через стенку, исключает зоны рециркуляции в области подачи теплоносителя, уменьшает потери на трение и площадь высокотемпературной поверхности камеры, снижает гидравлическое сопротивление за счет простого оформления входного участка.