Способ сушки угольной массы
METHOD FOR DRYING COAL MASS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к топливной, металлургической и химической промышленности, а именно к системе и способам сушки угля, используемого в качестве топлива, сырья для металлургической и химической промышленности, а также низкозольного высокотехнологичного сырья, в частности к системам и способам сушки, использующим перегретый пар, горячий воздушный поток и атмосферную среду.
Уровень техники
Из уровня техники известны традиционные технологии высушивания угля:
- термосушка - главным образом использует способ вращательного высушивания, состоящий в высушивании частиц угля внутри круглой оболочки с высокотемпературным газом с одновременным вращением оболочки, содержащей уголь;
- способ термического (пневматического) высушивания, состоящий в высушивании угля повышенным до высокой температуры сухим газом с нижней стороны к верхней стороне, в то же время подавая уголь с верхней стороны к нижней стороне;
- способ высушивания в псевдоожиженном слое, состоящий в высушивании угля повышенным до высокой температуры сухим газом вместе с мелкими частицами в верхнем направлении.
К условно близким технологиям среди аналогов можно отнести сушку с помощью ротационной сушилки, с перемещением высушиваемого материала, осуществляемым потоком газообразной среды во вращающемся роторе. Ротационные сушилки для сыпучих материалов, представляет собой вращающуюся наклонную трубу с радиальными переборками или без таковых, имеющими не одинаковые по диаметру проходные отверстия для материалов с различной крупностью. Недостатки таких сушилок - не равномерность сушки классов, повышенное энергопотребление - кинетика перемешивания массы, трение, повышенная амортизация, дополнительное переизмельчение сырья, особенно в случаях необходимости глубокой сушки сырья с широким коэффициентом поли дисперсности.
Из уровня техники известна сушилка с псевдоожиженным слоем (см. RU139139U1, опубл. 20.04.2014), содержащая корпус, решетку, патрубки подачи и отвода сушильного агента и высушиваемого материала, причем решетка выполнена составной из параллельно установленных трубок и прокладок между ними, в верхней части трубок выполнены отверстия, а снаружи к трубкам приставлены рукоятки. Сушилка псевдоожиженного слоя - функционально агрегат предназначен для продувки горячим газом надрешетного продукта, узкого класса крупности. Сушилка псевдоожиженного слоя, приемлема для обезвоживания узкого класса материала.
Недостатки таких сушилок - нет возможности сушить одновременно крупные и мелкие классы минус 6мм. Налипание на крупные частицы мелких, окомкование мелких классов - затрудняют удаление влаги. Сложности с удалением внутренней влаги у классов разной крупности.
Из уровня техники известен аналог, близкий по технической сущности к заявленному техническому решению (RU 2569987, опубл.10.12.2015). Известное техническое решение относится к системе высушивания угля, использующей перегретый пар, горячий воздушный поток и атмосферную среду. Система для высушивания угля использует перегретый пар и содержит паровой котел для генерирования перегретого пара за счет сгорания топлива, подаваемого из газового резервуара, и нагревания воды, подаваемой из водяного резервуара, устройство подачи высокотемпературного воздуха для генерирования высокотемпературного воздуха за счет сжигания топлива, подаваемого из газового резервуара, и последующего обдувания воздухом устройства для высушивания для удаления воды с поверхности угля, транспортируя уголь из места хранения угля с помощью конвейерной ленты в виде желоба и распределяя с помощью размещающего устройства по паровой конвейерной ленте, одно или более высокотемпературных воздушных высушивающих устройств для удаления воды, содержащейся в угле, с помощью высокотемпературного воздуха, в то же время транспортируя уголь, проходящий через устройство для высушивания перегретым паром; и устройство для естественного высушивания, в котором вода из угля испаряется естественным образом при комнатной температуре. К положительным результатам решения, раскрытого в приведенном аналоге, следует отнести - поточный режим системы для узких классов.
Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности сушить одновременно крупные и мелкие классы минус 6мм, в том числе дисперсные.В рядовке мелкие классы будут налипать и окомковываться, затрудняя удаление влаги. Разница влажности мелких и крупных классов, будет отличаться кратно. Сложности с удалением внутренней влаги у классов разной крупности.
В приведенных ранее аналогах способов сушки угольной массы, отсутствует статичное обезвоживающее оборудование, отсутствуют радиально управляемые форсунки, при этом отсутствует возможность снижения внутренней влаги одновременно в смешанных мелких и крупных классах, а также отсутствует возможность обезвоживания дисперсных и ультратонких классов.
Сущность изобретения
Заявленное изобретение решает задачу снижения влажности не только в узких классах, но и в смешанных классах, включая классы минус 6мм и ультратонкие. Решается проблема налипания мелких частиц на крупные, нет окомкования мелких классов. Исключается избыточное измельчение в процессе сушки. Снимается вопрос выравнивания содержания внутренней влаги в разных классах крупности. Тонкие и ультратонкие классы приобретают флюидные свойства (текучесть). При этом в статичной системе снижается энергопотребление на процент отбора влажности материала, многократно сокращаются энергозатраты на гидродинамическое сопротивление и газоходность термоносителя, а также открывается возможность, как совместного, так и раздельного обезвоживания различных классов углей, в том числе дисперсных, ультратонких и особо чистых.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении качества обезвоживания предварительно обогащенного сырья, а также обеспечивается возможность совместного и раздельного обезвоживания различных классов углей, в том числе дисперсных, ультратонких и особо чистых.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что способ сушки угольной массы, включающий этапы, на которых: предварительно исследуют предварительно обогащенную угольную массу на предмет фракционного состава, зольности, влажности, наличия и свойств глинистых, температуры сырья угольной массы осуществляют ввод полученных данных исследования угольной массы в автоматизированную систему управления, осуществляют загрузку в обезвоживающую герметичную емкость предварительно обогащенной угольной массы, осуществляют измерение и контроль уровня воды в обезвоживающей герметичной емкости и отбор конденсатной воды вакуум-фильтром, осуществляют измерение и контроль температуры угольного сырья и динамики дебета воды в вакуум-фильтре, передают упомянутые данных в автоматизированную систему управления, обрабатывают упомянутые данные и осуществляют подачу пара в обезвоживающую герметичную емкость посредством форсунок из пароконденсатной установки, и осуществляют перемешивание угольной массы, при этом осуществляют контроль параметров работы пароконденсатной установки и передают данные в автоматизированную систему управления, улавливают и подают в пароконденсатную установку насыщенный влагой пар, обезвоживают и подают в парогенератор упомянутый уловленный пар, при этом осуществляют подогрев упомянутого пара, после чего подают упомянутый пар через упомянутые форсунки в обезвоживающую емкость, для повторного цикла обезвоживания упомянутой угольной массы, изменяют частоту переключения форсунок, величину давления и температуру пара в парогенераторе в зависимости от полученных автоматизированной системой управления данных контроля параметров температур, давления пара в парогенераторе, уровня конденсатной жидкости в придонной части обезвоживающей емкости, по дельте содержания влаги в сухом паре и паре, содержащем конденсат - на входе в пароконденсатный узел, по достижению заданных параметров обезвоживания завершают и выгружают из обезвоживающей герметичной емкости обезвоженную угольную массы.
В частном случае реализации заявленного технического решения дополнительно подают предварительно очищенный топочный газ из парогенератора через упомянутые форсунки.
В частном случае реализации заявленного технического решения упомянутый топочный газ подают через упомянутые форсунки посредством создания вакуума в обезвоживающей герметичной емкости.
В частном случае реализации заявленного технического решения вакуум в обезвоживающей герметичной емкости создают посредством вакуумного насоса, расположенного в верхней части обезвоживающей герметичной емкости.
В частном случае реализации заявленного технического решения форсунки располагают по меньшей мере в три радиально расположенных в донной части упомянутой обезвоживающей герметичной емкости ряда.
В частном случае реализации заявленного технического решения управляют режимами работы форсунок, при этом контролируют давление пара, длительность импульса, объем подаваемого пара, скорость и очередность переключений упомянутых форсунок.
В частном случае реализации заявленного технического решения располагают упомянутый вакуум-фильтр в донной части упомянутой обезвоживающей герметичной емкости.
В частном случае реализации заявленного технического решения в качестве обезвоживающей герметичной емкости используют статичную герметичную обезвоживающую емкость.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:
Фиг.1 - схематическое изображение установки сушки угольной массы.
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:
1 - питающий бункер с дозатором; 2 - статичная герметичная обезвоживающая емкость; 3 - парогенератор с возможностью рециркуляции пара; 4 - пароконденсатная установка; 5 - автоматизированная система управления (АСУ); 6 - комплект управляемых паровых форсунок. Качество форсунок - качество управления паросиловой динамики; 7 - вакуумный фильтр; 8 - люк загрузки сырья; 9 - люк выгрузки сырья.
Раскрытие изобретения
Сущность разработки - отбор влаги из обогащенной угольной массы, происходит за счет управляемого процесса циркуляции сухого пара в статичной обезвоживающей емкости, перегретый пар из форсунок, пропускается через обезвоживаемый угольный материал.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет комплексных приемов способа: 1) использование для сушки предварительно обогащенного сырья, либо угольного сырья, без класса минус 2мм. Класс минус два можно предварительно обогатить отдельно. В необогащенном классе минус 2мм, содержится дисперсный глинистый материал, который является проблемой, как для качества сырья, так и для сушки сырья. Если глинистых нет, нет адгезивного слипания, материал без глины - имеет хорошую пропускную способность для пара, его можно сушить; 2) загрузки в статичную емкость предварительно обогащенного сырья для процесса обезвоживания; 3) контроля уровня воды в обезвоживающей емкости и отбора конденсатной воды, донным вакуум фильтром; 4) контроля температуры угольного сырья и динамики дебета воды в вакуум фильтре, передача данных в автоматическую систему управления; 5) контроля параметров парогенератора; 6) инициации посредством автоматической системы управления подаче пара на придонные форсунки обезвоживающей емкости исходя из контроля и параметров температуры в рабочем объеме обезвоживающей емкости; 7) контроля параметров работы пароконденсатной установки и передача данных в АСУ.
Способ реализован посредством устройства, пример которого приведен на Фиг.1. Также ниже приведено описание примера реализации устройства. Реализация устройства может быть иным, отличающимся от приведенного ниже.
Устройство включает статичную герметичную обезвоживающую емкость (2), с расположенным в верхней части упомянутой емкости питающим бункером (1) с дозатором. Питающий бункер (1) с дозатором обеспечивает стабильную подачу сырья, при этом бункер, в варианте реализации заявленного технического решения прикрыт сверху от поступления осадков и ограничивает поступление влаги по бокам и сверху. В варианте реализации заявленного технического решения в бункере поддерживается положительная температура посредством подачи пара или теплого воздуха, что дополнительно увеличивает эффективность сушки, вариант для крупных классов от +6мм. В варианте реализации заявленного технического решения в упомянутом бункере (1) осуществляют контроль температуры угольного сырья и пара в нижней, средней и верхней части с помощью термопар, привязанных к циклу загрузки и выгрузки В варианте реализации заявленного технического решения в упомянутом бункере установлен счетчик объема конденсата. В варианте реализации заявленного технического решения при использовании смешанных классов или дисперсных классов в нижней части упомянутого бункера установлен вакуум-фильтр в нижней части бункера. Также в упомянутом бункере установлены термопары, обеспечивающие контроль температуры по объему бункера, и поддержка положительной температуры в объемной массе бункера.В верхней части статичной герметичной обезвоживающей емкости (2) расположены - загрузочный люк и паропровод, идущий на пароконденсатную установку. Упомянутая обезвоживающая емкость также содержит термопары контроля температуры угольного сырья, установленные попарно в нижней, средней и верхней части. Также в обезвоживающей емкости установлен уровнемер жидкости, выполненный с возможностью контроля уровня конденсата. В донной части статичной герметичной обезвоживающей емкости (2) расположен комплект радиально расположенных паровых форсунок (6) и вакуумный фильтр, датчики температуры и давления, люк выгрузки сырья. Емкость снижает тепловые потери, статичность системы экономит на кинетических затратах, отсутствует контакт сырья с внешней средой. Форсунки (6) подключены посредством паропроводов к парогенератору (3) с возможностью рециркуляции пара и пароконденсаторной установке (4). Пароконденсатная установка обеспечивает - контроль температуры и содержания влаги в конденсате на входе и выходе установки. Контроль объема жидкости - конденсатной влаги. Пароконденсатная установка также снабжена термопарами, гигрометром, и счетчиком. Парогенератор обеспечивает контроль температуры и влажности входящего пара, а также управляет объемами подачи частично обезвоженного пара в пароконденсатной установке на повторный нагрев в парогенератор, после анализа данных от датчиков, составных узлов системы.
Упомянутая герметичная статичная обезвоживающая емкость (2) содержит вакуумный фильтр (7). При помощи данного фильтра осуществляется контроль динамики дебета влаги в единицу времени и прозрачности жидкости - онлайн качественные показатели сырья. Упомянутое устройство содержит автоматическую систему управления (5) - АСУ ТП. Автоматическая система управления (5) обеспечивает общее управление сушки сырья, на основе собранных данных от термопар и обратной связи. Данный узел имеет более широкие перспективы, как по улучшению качественных показателей сырья, расширению спектра продукции, так и по прогнозированию предупредительно плановых ремонтов по вольт -амперным и шумовым характеристикам узлов, предупреждению пожарной безопасности и электробезопасности. Выбор алгоритма управления форсунками, величиной давления, расходом и температурой пара, динамики циклов - определяется АСУ, исходя из первичных лабораторных данных и полученных от составных узлов контрольных данных, обезвоживающей системы.
Крупные классы углей, без мелких классов, не подвержены слипанию. Связующими, являются глинистые тонкие классы, сопутствующие мелким классам. Если глинистые убрать, то не будет склеивающего материала, между крупными и мелкими классами, дисперсными и ультратонкими угольными материалами. Устранение глинистых (аргиллит, алевролит), открывает возможность, как совместного, так и раздельного обезвоживания различных классов углей, в том числе дисперсных, ультратонких и особо чистых. Если нет глинистых, не будет адгезивных связей - значит сопротивление газоходности пара - минимизируется. Нет глинистых - можно сушить обогащенный угольный материал с меньшими кинетическими затратами, без окомкования и слипания частиц, без механических вращающихся конструкций.
При прохождении перегретого сухого пара за счет избыточного давления, через толщу обезвоживаемого угольного материала и создания радиально установленными форсунками в донной части обезвоживающей емкости, волновых динамических колебаний, происходит отбор избыточной влаги из угольной массы.
Для последовательного включения форсунок и достижения эффекта бегущего огня необходимо по меньшей мере три форсунки. Количество форсунок зависит от габаритов обезвоживающей емкости. Форсунки, в варианте реализации заявленного технического решения, расположены в донной части упомянутой емкости по меньшей мере в три радиальных ряда.
Кроме управления давлением и температурой пара, процесс обезвоживания активируется алгоритмами волновых колебаний, создаваемых посредством управления длительностью импульса, объемом подачи пара, очередностью включения и отключения, радиально расположенных форсунок, находящихся в донной части обезвоживающей емкости. Что позволяет управлять величинами циркуляционных радиальных волновых колебаний, инициирующих конвенциональное движение угольного материала.
Пар подается в герметичную емкость при температуре от 100 до 800 градусов по Цельсию. При температуре 100 и менее градусов, для обезвоживания промышленных объемов сырья, температура пара будет недостаточной по причине не эффективного прогрева и теплообмена. При температуре пара более 800 градусов Цельсия, железо вступает в реакцию с водяным паром с выделением водорода. Процесс обезвоживания условно следует разделить на низко температурный 100-150 градусов - но с увеличенным расходом пара в единицу времени для углей с повышенным содержанием летучих V-25-45% (углеводородов), средне температурный режим 150-300 градусов Цельсия - для углей c содержанием летучих 12-25% и высокотемпературный более 300 градусов для углей с содержанием летучих менее 12%.
Пар подается в герметичную емкость при давлении, которое зависит от пропускной способности сырья (газоходности), обезвоживаемого материала и его зольности, изменения свойств сырья в процессе сушки, уровня (высоты) загрузки сырья, влажности сырья, процентного содержания летучих, глинистых, динамики температуры сырья, задачи цикла сушки по временным показателям. Давление пара находится в пределах от значений близких к атмосферному и до значений в десяток атмосфер.
Низкое, близкое к атмосферному, давление пара в парообразующей системе, может быть недостаточным для преодоления сопротивления создаваемой толщей материала. Давление должно быть достаточным для преодоления гидродинамического сопротивления, создаваемого угольной массой, а также создания необходимого расхода пара в единицу времени, перераспределяемого через форсунки для обеспечения расчетной задачи обезвоживания. Слишком высокое, значительно превышающее гидродинамическое сопротивление, избыточное давление, вызовет гидродинамический эффект в виде взрыва, при котором не будет эффективно решатся задача теплообмена и обезвоживания.
Режимы переключения форсунок зависят от - физико-химических свойств сырья, исходной температуры сырья, изменения свойств сырья в процессе сушки, крупности либо дисперсности материала и его зольности, уровня(высоты) загрузки сырья, влажности сырья, процентного содержания летучих, глинистых, динамики температуры сырья, задачи цикла сушки по временным показателям. Временные режимы переключения форсунок - от десятых долей секунды до десятков секунд.
Длительность импульса подачи пара - рассчитывается из физического состояния сырья - его влажности, балансов крупности классов, исходной температуры, необходимости управления скоростью гидродинамических процессов и их амплитудами.
Пример, если температура сырья ниже нуля и сырье замерзло, то существуют минимум два варианта - есть газоходность, или ее совсем нет. В первом случае, осуществляют продувку паром небольшим давлением, часто переключая форсунки по окружности, контролируя динамику сопротивления прохождению пара по расходу пара. Во втором случае, подача перегретого пара со средним давлением и поддержание этого давления до начала спада давления, с последующим увеличением циклов включения форсунок и объема пропускаемого пара. Речь идет о длительных циклах работы форсунок или задержек включения по причине низкой температуры сырья. Длительность импульсов и организация гидродинамики, зависима от разнообразия крупности и газоходности сырья. Пример, смешанный по крупности угольный материал, продувается радиальными рядами форсунок очень короткими импульсами - результат, материал будет уплотняться, причина - короткий гидродинамический импульс будет перераспределяться по объему материала, не достигая поверхности обезвоживаемой массы из-за малой энергетической величины. Более длительный импульс с большей амплитудой, способен достичь поверхности сырья, создав возвышение за счет достаточного давления и избыточного объема пара. Управляемое по длительности, цикличное переключение радиальных рядов форсунок с подачей заданного объема пара, вызовет волновое движение в объемной массе сырья.
Давление обезвоживаемого материала на метр квадратный дна емкости, при плотности материала условно 2гр/см2 и высоте сырья 5 метров, составит 10 тонн/м2. Давление пара необходимое для продавливания 5 метровой толщи и, кроме того, управление одновременной объемной подачи пара через несколько форсунок, должно составлять около 10 атмосфер.
Объем подаваемого пара - от единиц сантиметров кубических до десятков и сотен метров кубических.
Для замерзшего сырья или очень маленькой емкости достаточно технической возможности импульсов - в единицы сантиметров кубических. Для промышленных агрегатов с емкостью сырья в десятки и сотни метров кубических, нужны соответствующие объемы пара. Пар, поступающий в обезвоживающую емкость, должен иметь низкое содержание влаги, после прохождения через обезвоживаемый материал, пар насыщается влагой. Критерием достаточности насыщения, является сравнительный показатель насыщенности пара на датчике выхода пара из парогенератора и на датчике перед пароконденсатной установкой.
В результате происходит активное перемешивание угольной массы с эффективным тепло и влагообменным эффектом. Насыщенный влагой пар, выходящий из обезвоживающей емкости, поступает в пароконденсатную установку. Далее частично обезвоженный пар, обладающий остатками тепловой энергии, поступает в парогенератор, где повторно подогревается до необходимой температуры и снова подается через форсунки в обезвоживающую емкость, для повторного цикла обезвоживания угольной массы. Температура пара для работы с различными по физико-химическим свойствам угольными материалами с учетом динамических процессов и изменения свойств сырья в процессе сушки, должна иметь технологическую возможность прогреваться от 100 до 800 градусов Цельсия.
Изменение частоты переключения форсунок на конечном этапе в сторону увеличения, при достижении температуры сырья близко к 100 градусам, позволяет увеличивать контактную теплообменную площадь обезвоживаемого материала с паром в единицу времени, что позволяет увеличить скорость и эффективность завершающего этапа процесса обезвоживание сырья.
В процессе обезвоживания, мелкие угольные классы (содержат меньше внутренней влаги) обезвоживаются быстрее крупных классов, происходит перемещение мелкого и дисперсного угольного материала в верхнюю часть обезвоживающей герметичной емкости, крупные классы перераспределяются по крупности в нижнюю часть емкости, что уменьшает гидродинамическое сопротивление теплоносителю.
.
В случае необходимости более глубокого обезвоживания сырья менее 5% (удаление внутренней влаги), необходимо создать следующие технические условия - организовать подачу очищенного топочного газа из парогенератора через форсунки, контролировать АСУ уровень разряжения в тандемном узле (вакуумная емкость + вакуумный насос) температуру, остаточное содержание кислорода в топочном газе, объем подаваемого топочного газа. Всасывание топочного газа через форсунки в обезвоживающую емкость, организовать за счет управляемого разряжения в верхней части обезвоживающей емкости. Разряжение в верхней части, управляемое АСУ, создается тандемным узлом - вакуумная емкость с вакуумным насосом
В зависимости от параметров сушки - сушить до 5%, или менее 5% на конечном этапе для достижения параметров сушки менее W-5%, в варианте реализации заявленного технического решения осуществляют подачу вместо перегретого пара, очищенного топочного газа с низким содержанием кислорода (менее 5%) и контролируемой под задачу температурой.
Топочный газ следует не прокачивать, а вакуумировать, пропуская его через форсунки, за счет вакуумирования в верхней части обезвоживающей герметичной емкости, это позволит снижать влажность до 1-1,5%. В приведенной таблице 1 с зафиксированными в лаборатории результатами исследований, есть близкие параметры влажности к приведенным.
Следует отметить, в начальной стадии процесса обезвоживания, при высокой влажности сырья и большой дельте между температурами сухого пара и обезвоживаемого сырья, целесообразно устанавливать вакуум-фильтры в донной части обезвоживающей емкости. Речь идет о точке росы (конденсате). В процессе сушки, это динамичный по дельте температур и влажности процесс.
Угольное сырье из питающего бункера (1), поступает, через загрузочный люк (8), в обезвоживающую емкость (2). По завершению загрузки, люк (8) герметично закрывается.
В зависимости от температуры и влажности угольного сырья в донной части обезвоживающей емкости, может собираться избыточная влага, для отбора которой предусмотрен в донной части обезвоживающей емкости вакуумный фильтр (7).
Автоматическая система (5) обезвоживающего комплекса по результатам получаемой информации от датчиков температуры, датчиков давления, датчиков уровня воды в обезвоживающей емкости, состояния технических параметров парогенератора (3), пароконденсатной установки (4), уведомляет оператора о готовности к пуску процесса.
Прежде чем угольное сырье загружать в обезвоживающую емкость, осуществляют предварительное исследование образцов сырья в лаборатории на предмет фракционного состава, зольности, влажности, наличия и свойств глинистых, температуру сырья.
Корректная работа автоматической системы управления возможна при вводе корректных лабораторных данных о физическом состоянии сырья, загружаемого в бункер, получении данных из каждого из технологических узлов о температуре пара, сырья, влажности конденсата, динамики и объема конденсатной воды.
По команде оператора включается старт процесса. Старт процесса - из парогенератора пар под давлением поступает на управляемые АСУ паровые форсунки, находящиеся в донной части статичной обезвоживающей емкости. АСУ, согласно присущим конкретному материалу параметрам, активирует алгоритмы волновых колебаний управляя форсунками, контролируя давление пара, длительность импульса, объем подаваемого пара, скорость и очередность переключений, радиально расположенных в донной части рядов форсунок, формируя круговые волновые движения угольной массы паро-динамическими силами. Что позволяет управлять величинами циркуляционных радиальных волновых колебаний, инициирующих конвенциональное движение угольного материала.
Цель циркуляционной подачи пара по окружности - объемное разрыхление, теплообмен и насыщение сухого пара влагой от обезвоживаемой массы. На начальном этапе, при низкой температуре сырья менее 60 градусов, до параметров выравнивания температуры пара и обезвоживаемой массы, часть влаги уходит с насыщенным влагой паром в пароконденсатор, другая часть влаги в виде конденсата стекает в нижнюю - придонную часть обезвоживающей герметичной емкости.
В придонной части обезвоживающей герметичной емкости установлен датчик уровня жидкости, команда которого инициирует включение и отключение вакуум-фильтра и как следствие - откачку придонной конденсатной жидкости. С ростом температуры сырья, снижается осаждение конденсатной влаги в придонную часть, изменяется эффективность начального этапа низкочастотной работы форсунок и вакуум-фильтра.
Автоматизированная система управления в зависимости от полученных данных контроля параметров температур в узлах от термопар, давления пара в парогенераторе, уровня конденсатной жидкости в придонной части обезвоживающей емкости, по дельте содержания влаги в сухом паре и паре содержащем конденсат - на входе в пароконденсатный узел, управляет изменением частоты переключения форсунок, величиной давления и температуры пара в парогенераторе.
На разных этапах обезвоживания угольной массы с присущими каждому углю индивидуальные физико-химические свойства, формируется присущий конкретному материалу алгоритм, на базе данных полученных от датчиков узлов системы обезвоживания в процессе динамичного изменения данных контроля в процессе обезвоживания. Они не могут быть стабильные в процессе обезвоживания, меняются влажность сырья, температура, соответственно давление пара и частота переключения форсунок. Реакция АСУ, от приходящих динамично изменяющихся данных, в конкретное время цикла обезвоживания на физическое состояние сырья, позволяет эффективно обезвоживать сырье с присущими только ему характеристиками. Поэтому алгоритмы у каждого сырья, своеобразны. Приводить примеры, по угольным материалам, отличающимся по физико-химическим свойствам не целесообразно. Разные угольные (даже подобные) материалы имеют разные свойства и как следствие разные результаты, прежде всего энергетические, временные, показатели качества.
В результате происходит активное перемешивание угольной массы с эффективным тепло и влагообменным эффектом. Насыщенный влагой пар, выходящий из обезвоживающей емкости, поступает в пароконденсатную установку. Далее частично обезвоженный пар, обладающий остатками тепловой энергии, поступает в парогенератор, где повторно подогревается до необходимой температуры и снова подается через форсунки в обезвоживающую емкость, для повторного цикла обезвоживания угольной массы. По достижению заданных параметров обезвоживания, открывается люк выгрузки (9), обезвоженного сырья.
Использование заявленного технического решения обеспечивает возможность обезвоживания различных классов углей, в том числе дисперсных и ультратонких, как раздельное, так и совместное. При этом обеспечивается надежность заявленного решения за счет отсутствия вращающегося оборудования и отсутствия контактов с внешней средой.
Ниже приведены конкретные примеры реализации заявленного способа сушки угольной массы:
Пример 1. Обогащенный уголь, марки антрацит с зольностью 3,2%, класс крупности - минус 16мм, исходная влажность 14,6%. Температура окружающей среды 7 градусов Цельсия, температура сырья - 5 градусов.
Сырье загружено в обезвоживающую емкость. После закрытия загрузочного люка и проверки герметичности в обезвоживающую емкость, через поочередно включаемые и отключаемые радиально-рядно расположенные форсунки в количестве нескольких штук в каждом ряду, переключаются по окружности с длительностью включенного состояния форсунок на начальном этапе, от 3 до 15 секунд. Пар подается под давлением 7атм. Перегретый пар с температурой на начальном этапе 150-200 градусов. В данном примере установлено 12 рядов форсунок, по три форсунки в каждом ряду. Шаг между рядами по окружности - диаметральных рядов в данном варианте 300мм. Шаг между форсунками по радиусу, около 200мм. Следует учитывать, что на единице площади днища обезвоживающей емкости, должно быть равное количество форсунок. Зависимость количества форсунок к площади обезвоживаемой массы, обусловлена свойствами массы - балансами крупности классов, зольности, вязкости. Количество форсунок привязано к крупности материала, чем мельче материал, тем больше форсунок на единицу площади. Давление пара в парогенераторе - 10 атм. Частота переключения форсунок на начальном этапе 7-10 секунд - открытое состояние форсунки. Давление на подаче в форсунки - 7 атм. На завершающем этапе обезвоживания, частота переключения форсунок - десятые доли секунды. Давление на завершающем этапе снижается до 1-2 атм. и менее, в связи с уменьшением гидродинамического сопротивления пару. В процессе сушки, целесообразно увеличивать частоту переключения в зависимости от процента насыщенности пара влагой на входе в пароконденсатную установку. Температура пара, на начальном этапе 150-200 градусов, на завершающем этапе, около 400 градусов
Пример №2, параметры сушки длиннопламенных углей марки «Д». Обогащенный уголь, марки «Д» с зольностью 3 - 12%, летучие более 39%, класс крупности - минус 16мм, исходная влажность 20%. Температура окружающей среды минус 7 градусов Цельсия, температура сырья в дозирующем бункере + 10 градусов Цельсия. Сырье загружено в обезвоживающую емкость. После закрытия загрузочного люка и проверки герметичности в обезвоживающую емкость, через поочередно включаемые и отключаемые радиально-рядно расположенные форсунки в количестве нескольких штук в каждом ряду, переключаются по окружности с длительностью включенного состояния форсунок на начальном этапе, от 3 до 15 секунд. Пар, на начальном этапе, подается под увеличенным давлением 7-10атм. Давление пара увеличено по причине высокого содержания летучих 39% создающих противодействие циркуляции пара. Температура пара на начальном этапе 150-200 градусов. При достижении температуры обезвоживаемого сырья 60-80 градусов и сокращении объемов выхода конденсата через вакуум - фильтр, температура подаваемого пара не должна превышать 150 градусов. Избыточный рост температуры пара, приведет к частичной потере легких фракций летучих. Временные циклы переключения форсунок, аналогичны варианту обезвоживания антрацита. Давление подаваемого пара на начальном этапе для углей марки «Д», из-за повышенного содержания летучих и соответственно - повышенного гидродинамического сопротивления циркуляции пара - должно быть увеличено на 20-30%. В процессе обезвоживания влажность сырья снижается, снижается гидродинамическое сопротивление циркуляции пара, соответственно исходя из баланса влажности входящего в обезвоживающую герметичную емкость пара и влажности пара на входе в пароконденсатную установку, по дельте показателей влажности, следует управлять снижением подачи давления пара в обезвоживающую герметичную емкость с момента сокращения выхода объемов конденсата, поступающих через вакуум - фильтр из обезвоживающей герметичной емкости.
Пример №3, параметры сушки коксовых углей марки «К». Обогащенный уголь, марки «К» с зольностью 3 - 8%, летучие 20%, класс крупности - минус 16мм, исходная влажность 16%. Температура окружающей среды минус 10 градусов Цельсия, температура сырья в дозирующем бункере + 10 градусов Цельсия. Сырье загружено в обезвоживающую емкость. После закрытия загрузочного люка и проверки герметичности в обезвоживающую емкость, через поочередно включаемые и отключаемые радиально-рядно расположенные форсунки в количестве нескольких штук в каждом ряду, переключаются по окружности с длительностью включенного состояния форсунок на начальном этапе, от 3 до 15 секунд в зависимости от баланса крупности мелких и крупных классов. Пар, на начальном этапе, подается под увеличенным давлением 7-10атм. Давление пара увеличено по причине высокого содержания летучих 20%, создающих противодействие циркуляции пара. Температура пара на начальном этапе 150-200 градусов. При достижении температуры обезвоживаемого сырья 60-80 градусов и сокращении объемов выхода конденсата через вакуум - фильтр, температура подаваемого пара для углей марки «К», не должна превышать 200-250 градусов. Избыточный рост температуры пара, приведет к частичной потере легких фракций летучих. Временные циклы переключения форсунок, аналогичны варианту обезвоживания антрацита. Давление подаваемого пара на начальном этапе для углей марки «К», из-за повышенного содержания летучих и соответственно - повышенного гидродинамического сопротивления циркуляции пара - должно быть увеличено на 20-30%. В процессе обезвоживания, влажность сырья марки «К», снижается быстрее, чем в углях с более высоким содержанием летучих, также положительное влияние на эффективность сушки имеет низкий процент зольности, особенно дисперсной. Контроль снижения гидродинамического сопротивления циркуляции пара, контроль дельты влажности пара, исходя из баланса, входящего в обезвоживающую герметичную емкость пара и влажности пара на входе в пароконденсатную установку, позволяют автоматической системе управления с момента сокращения выхода объемов конденсата, поступающих через вакуум - фильтр из обезвоживающей герметичной емкости, контролируемо управлять снижением подачи давления пара в обезвоживающую герметичную емкость.