СУШИЛКА С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ С НЕПРЯМЫМ ПОДОГРЕВОМ
DRYER WITH PSEUDOLIQUID LAYER WITH INDIRECT HEATING

Изобретение относится к сушилке с псевдоожиженным слоем с непрямым подогревом для сушки влажных мелкозернистых сыпучих материалов, как, например, бурого угля, содержащей корпус с газационным днищем, с проходящими над газационным днищем встроенными элементами теплообменника и с предусмотренным под газационным днищем по меньшей мере одним разгрузочным устройством для высушенного сыпучего материала, причем полезное живое сечение потока корпуса в области теплообменников увеличивается по всей высоте встроенных элементов теплообменника в направлении потока ожижающего газа.
Такой контактный аппарат для сушки с псевдоожиженным слоем известен, например, из ЕР 0341347 А1.
При обогащении бурого угля как энергетического угля для сжигания в парогенераторе известно его одновременное измельчение и размалывание (размол с одновременной сушкой) в ударной роторной и молотковой мельницах, являющихся частью энергетического котла, причем энергия, необходимая для сушки, отбирается из ответвленного потока дымовых газов.
Как это уже описано в уровне техники, сушка рядового бурого угля с естественной шахтной влажностью в сушилке с псевдоожиженным слоем может быть энергетически более благоприятной. Правда, контактные аппараты для сушки в псевдоожиженном слое являются конструктивно трудоемкими. Поэтому усилия направлены на то, чтобы организовать способ сжигания угля в вихревой топке таким образом, чтобы капитальные затраты на сушилку могли быть возможно меньшими. В DE 19620047 A1 для этого предлагается организовать способ таким образом, чтобы в сушилке с псевдоожиженным слоем можно было работать с относительно высокими скоростями потока, так чтобы сушилка могла иметь относительно небольшую поверхность поперечного сечения и тем самым небольшую поверхность основания.
Правда, для теплоперехода во взвешенной постели, или в псевдоожиженном слое, желательна слишком высокая скорость потока газа, проходящего через сушилку. Начиная с какой-то критической скорости, стационарный псевдоожиженный слой попадает в нестабильную область, поскольку вынос мелкозернистого материала из псевдоожиженного слоя возрастает. В результате происходит огрубение материала псевдоожиженного слоя, что отрицательно сказывается на механике потока и теплопередаче в псевдоожиженном слое.
Вследствие испарения воды внутри сушилки поток материала в виде парогазовой смеси в направлении потока увеличивается, что вызывает соответствующее увеличение скорости потока газа, или парогазовой смеси, внутри сушилки.
В СН 575075 описывается контактный аппарат для сушки с псевдоожиженным слоем, причем теплопередающие стенки простираются каждая по меньшей мере на 70% высоты псевдоожиженного слоя. Увеличению скорости потока противодействует уменьшение поперечного сечения в самой верхней области теплопередающих стенок. Таким образом, в этой области создается успокоительная зона.
Согласно теории теплопередачи в псевдоожиженных слоях максимум теплопередачи приходится на определенное состояние расширения псевдоожиженного слоя или на определенную скорость в псевдоожиженном слое. Из этого следует, что чрезмерное расширение псевдоожиженного слоя ухудшает принцип действия теплообменника. Кроме того, ухудшается огрубение материала слоя за счет выноса мелкого зерна, а также принцип действия сушилки.
В ЕР 0341347 А1 описан контактный аппарат для сушки с псевдоожиженным слоем, корпус которого образуется по меньшей мере одним резервуаром, в котором в виде пучка прямых труб в нескольких проходах для пара установлен соответствующий теплообменник, через который протекает сконденсированный пар при значительно уменьшенном количестве труб, т.е. значительно уменьшенном свободном сечении для протекания пара. Трубы в резервуарах контактного аппарата для сушки с псевдоожиженным слоем установлены таким образом, что достигается равномерное распределение нагревательного элемента.
Благодаря мерам согласно ЕР 0341347 добиваются в основном постоянной скорости потока пара для обогрева внутри теплообменника из пучка труб. Правда, решение согласно ЕР 0341347 имеет тот недостаток, что площадь поперечного сечения корпуса сушилки по его высоте в области встроенных элементов сушилки не является постоянной. Это ведет к струйно-механическим нарушениям в псевдоожиженном слое, что нежелательно уже из соображений оптимизации мощности.
Поэтому в основу изобретения положена задача усовершенствования сушилки с псевдоожиженным слоем вышеупомянутого типа с точки зрения возможно более оптимального теплоперехода.
Задача решается с помощью сушилки с псевдоожиженным слоем с промежуточным обогревом для сушки влажных мелкозернистых сыпучих материалов, содержащей корпус с газационным днищем, с проходящими над газационным днищем встроенными элементами теплообменника и с предусмотренным под газационным днищем по меньшей мере одним разгрузочным устройством для высушенного сыпучего материала, причем используемое живое сечение потока корпуса на участке встроенных блоков теплообменника увеличивается по всей высоте встроенных элементов теплообменника в направлении потока ожижающего газа. При этом сушилка с псевдоожиженным слоем согласно изобретению отличается тем, что поперечное сечение корпуса является постоянным, а плотность монтажа встроенных элементов теплообменника в направлении потока ожижающего газа уменьшается.
Предпочтительно, корпус сушилки с псевдоожиженным слоем согласно изобретению имеет прямоугольное, предпочтительно, квадратное поперечное сечение.
Само собой разумеется, что возможно также, чтобы корпус имел круглое поперечное сечение.
Следовательно, предпочтительным образом избегают чрезмерного увеличения скорости потока газа, или парогазовой смеси, по высоте корпуса. Кроме того, сокращается вынос пыли доли мелкого зерна псевдоожиженного слоя, благодаря чему улучшается теплопереход на контактных поверхностях встроенных элементов теплообменника.
В результате уменьшения плотности монтажа в отсутствие дополнительных встроенных элементов при постоянном поперечном сечении корпуса по высоте теплообменников возможно увеличение полезного живого сечения потока корпуса с последующим сокращением увеличения скорости при увеличении потока массы парогазовой смеси.
В предпочтительном варианте сушилки с псевдоожиженным слоем согласно изобретению предусмотрено, чтобы в качестве теплообменника были предусмотрены пучки труб и/или пакеты пластин, сведенные в сегменты с различными расстояниями между трубами и/или с различными интервалами между пластинами.
В качестве теплообменника могут быть предусмотрены пучки труб, установленные посегментно с разными диаметрами труб и/или с разными интервалами между ними. Целесообразно, чтобы диаметры труб в направлении потока ожижающего газа уменьшались или чтобы интервалы между ними в направлении потока увеличивались.
По меньшей мере два или, предпочтительно, три сегмента теплообменников, например, в виде нагревательных элементов в направлении потока ожижающего газа могут быть установлены, или включены, последовательно.
В предпочтительном варианте сушилки с псевдоожиженным слоем согласно изобретению предусмотрено, чтобы все сегменты теплообменника имели примерно одинаковую теплообменную поверхность, так чтобы в трубах теплообменника устанавливался в среднем падающий уровень скорости.
Встроенные элементы теплообменника могут быть выполнены многоходовыми, предпочтительно, встроенные элементы теплообменника выполнены трехходовыми, причем каждый ход подсоединен к сборнику конденсата. Благодаря последней мере предотвращаются потери напора в результате захвата конденсата. В результате многоходового расположения труб теплообменника повышается теплопереход на внутренней стороне труб с паровым обогревом, что способствует общему повышению коэффициента теплопередачи и тем самым эффективности теплопередачи.
2
В частности, в результате увеличения расстояния между трубами в направлении потока или уменьшения диаметров труб в направлении потока увеличиваются решающие для условий обтекания свободные поверхности между трубами потока. Благодаря этому сокращается увеличение скорости за счет увеличивающегося в направлении вверх потока массы пара. Вследствие этого сокращается вынос пыли, действенно предотвращается огрубение псевдоожиженного слоя. Теплопередача улучшается за счет приближения скорости в соединительных трубах к теоретическому оптимуму для теплопередачи. Кроме того, вплоть до достижения критической скорости повышается удельная эффективность выпаривания в кг/м·ч.
Вариант сушилки с псевдоожиженным слоем согласно изобретению отличается тем, что предусмотрен воронкообразный сток, геометрически выполненный таким образом, чтобы при спуске сыпучего материала образовывался поток массы. Это означает, что при спуске материала в движение приходит все содержимое выпуска. Никаких мертвых зон нет, разве что имеются минимальные мертвые зоны, т.е. статические зоны, сыпучего материала. Его противоположностью в общем случае является так называемый керновый поток, который при определенных условиях может привести к нарушению ожижения. Это может произойти, например, в том случае, если на стационарном слое под газационным днищем скапливаются отложения, не приходящие в движение при спуске материала.
Предпочтительно, крутизна обрамляющих стенок выхода выбрана таким образом, чтобы при спуске сыпучего материала образовывался поток массы, т.е. чтобы при спуске материала в движение приходил весь стационарный слой в каждом месте.
Ниже изобретение поясняется на примере выполнения, изображенном на чертежах, на которых:
Фиг. 1 изображает схематично сушилку с псевдоожиженным слоем согласно изобретению, а
Фиг. 2 - бак с псевдоожиженным слоем на фиг. 1 с поворотом на 90° в разрезе.
Сушилка (1) с псевдоожиженным слоем, изображенная на фиг. 1, содержит корпус (2) с прямоугольным поперечным сечением. На верхнем торце (3) предусмотрена загрузочная труба (4) с шлюзовым затвором (5) барабанного типа. На нижнем конце сушилки (1) с псевдоожиженным слоем, противоположным верхнему торцу (3), под газационным днищем (6) предусмотрен воронкообразный сток (7), на нижнем конце которого предусмотрена механическая разгрузка, например, с помощью шлюзового затвора (5) барабанного типа. Вместо последнего для механической разгрузки мог бы быть предусмотрен шнековый транспортер и т.п. Сушилка (1) с псевдоожиженным слоем согласно примеру выполнения преимущественно предусмотрена для сушки бурого угля и описывается со ссылкой на способ сушки бурого угля, однако изобретение следует понимать так, что сушилка может также найти применение для сушки других зернистых материалов.
Газационное днище (6) предусмотрено со стороны, противоположной стоку (7) материала, с соплами (8) для подачи ожижающего газа. В качестве ожижающего газа, или ожижающей среды, используется водяной пар. Для ожижения бурого угля в сушилке (1) с псевдоожиженным слоем после электрофильтра может, например, ответвляться часть потока газов, выходящих из сушилки с псевдоожиженным слоем.
Над газационным днищем (6) поперек газового потока и при необходимости с небольшим наклоном располагаются встроенные элементы теплообменника в виде пучков труб (9) или пластин, обтекаемых паром в качестве теплоносителя.
Бурый уголь, загружаемый в сушилку (1) с псевдоожиженным слоем с зернистостью, например, порядка 0-2 мм и с содержанием воды до 65 вес.%, удерживается над газационным днищем (6) с помощью ожижающей среды в квазистационарном псевдоожиженном слое, причем уровень псевдоожиженного слоя в сушилке (1) с псевдоожиженным слоем обозначен позицией (10). При этом зерна угля в псевдоожиженном слое вступают в контакт с пронизывающими корпус в поперечном направлении пучками труб (9) теплообменника, последовательно установленными по направлению потока в трех сегментах 11а, 11b и 11с. При температурах около 105-120°С более 50% первоначального веса высушиваемого угля выпариваются в виде воды. Благодаря выпариванию воды из пор угля поток массы парогазовой смеси в области встроенных в псевдоожиженный слой пучков труб (9) теплообменника в направлении вверх непрерывно возрастает. Тем самым, соответственно, увеличивается также скорость газов, выходящих из сушилки.
Начиная с какой-то критической скорости, стационарный псевдоожиженный слой попадает в нестабильную область, и вынос пыли доли мелкого угля псевдоожиженного слоя сильно возрастает. Это в основном относится к размеру частиц менее 300 μм. В результате происходит огрубение материала псевдоожиженного слоя, что отрицательно сказывается на аэрогидромеханике и передаче тепла в псевдоожиженном слое.
По этой причине встроенные элементы теплообменника в виде пучков труб теплообменника в описываемых примерах выполнения выполнены с интервалами, увеличивающимися в направлении потока, так что в результате при неизменном поперечном сечении, или диаметре, корпуса по всей высоте встроенных элементов происходит увеличение полезного поперечного сечения корпуса (2).
Большего интервала между трубами пучков труб (9) теплообменника можно добиться или за счет того, чтобы в одном сегменте устанавливалось меньше труб с большим интервалом, или за счет того, чтобы трубы в направлении потока выполнялись с меньшим диаметром.
В данном примере выполнения предусмотрено, чтобы интервал между трубами в сегменте (11а), ближайшем к газационному днищу,(6), был меньше, чем в следующем сегменте 11b. В верхнем сегменте 11с интервал между трубами пучка труб (9) теплообменника является наибольшим, так что там полезное поперечное сечение корпуса (2) с точки зрения аэрогидродинамики больше всего, что противодействует увеличению скорости потока массы газов, выходящих из сушилки в направлении потока.
Через выходы (12) для газов, выходящих из сушилки, последние отводятся из сушилки (1) с псевдоожиженным слоем.
Встроенные элементы теплообменника в корпусе (2) выполнены в виде трехходового теплообменника из пучков труб в общей сложности с тремя сборниками конденсата (13а, 13b, 13с). Нагретый пар в качестве теплоносителя через вход для пара, обозначенный позицией (14), подается в теплообменник (9) из пучков труб, полностью пронизывающих корпус (2) в первом верхнем сегменте 11с. По трубам, проходящим в поперечном направлении и при необходимости с небольшим наклоном в направлении потока ожижающей среды, пропускается теплоноситель, который на противоположной от входа (14) пара стороне устремляется в сборник (13а) конденсата. Поступающий туда конденсат отводится отдельно. Через сборник 13а конденсата теплоноситель устремляется обратно в сборник 13b конденсата, предусмотренный со стороны входа (14) пара, а оттуда в наинизший сборник 13с конденсата. Сегменты 11а, 11b и 11с, или нагревательные элементы 11а, 11b и 11с, выполнены таким образом, что их теплообменные поверхности примерно равны, так что в отдельных проходах устанавливается в среднем падающий уровень скорости.
Высушенный бурый уголь собирается в воронкообразном стоке (7). Воронкообразный в смысле изобретения не обязательно означает, что поперечное сечение является кольцевым круглым. Наклон обрамляющих стенок стока (7) выбран таким образом, чтобы при спуске материала, например, с помощью шлюзового затвора барабанного типа, образовывался поток массы. Поток массы в отличие от кернового потока означает, что стационарный слой под газационным днищем (6) при спуске материала равномерно понижается. Никаких мертвых зон нет, разве что имеются минимальные мертвые зоны, т.е. статические зоны, сыпучего материала. Поверхность сыпучего материала, или стационарный слой, понижается почти равномерно.
Перечень позиций
1. Сушилка с псевдоожиженным слоем
2. Корпус
3. Торец
4. Загрузочная труба
5. Шлюзовой затвор барабанного типа
6. Газационное днище
7. Сток
8. Сопла
9. Теплообменник из пучка труб
10. Уровень псевдоожиженного слоя
11а, 11b, 11c. Сегменты
12. Выход для газов, выходящих из сушилки
13а, 13b, 13c. Сборник конденсата
14. Вход для пара