УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУШКИ И ТЕРМООБРАБОТКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к устройствам для сушки и термообработки сыпучих материалов и может быть использована в энергетике, химии, нефтехимии, пищевой промышленности, при производстве строительных материалов и минеральных удобрений.
Известна сушилка для сыпучих материалов (SU 1252630), содержащая вращающийся барабан с патрубками подвода и отвода теплоносителя, распределительный короб, выполненный по всей лине барабана и неподвижно соединенный с патрубками подвода и отвода теплоносителя. Недостатком известного устройства является затрудненный отвод воды из толщи сыпучего материала вследствие образования на поверхности плотного слоя.
Известно устройство для сушки сыпучих материалов топочными газами (RU 2015466), где сушка производится топочными газами в восходящем потоке газовзвеси при предварительном снижении температуры топочных газов, до их подачи к высушиваемому материалу, посредством тепловой трубы. Недостатком известного способа является низкая экономическая эффективность способа и загрязнение материала топочными газами.
Известен способ сушки сыпучего строительного материала (RU 2133643), выбранный в качестве прототипа, обеспечивающий прогрев и сушку строительных материалов, включающий подачу сырьевого материала к барабанной сушилке, где осуществляют подачу потоков горячих газов в противоток движению просушиваемого и/или прокаливаемого материала. Однако, основным недостатком известного способа является загрязнение осушаемого материала не полностью сгоревшим топливом и твердыми или жидкими продуктами сгорания.
Технический результат, получаемый при реализации предложенной полезной модели, заключается в повышении качества высушиваемого сыпучего материала, в частности его однородности по влажности, и увеличении эффективности использования топлива.
Указанный технический эффект обеспечивается за счет устранения в процессе сушки прямого контакта осушаемого материала и горячих выхлопных газов, образующихся при сгорании топлива, а также благодаря увеличению площади поверхности, нагреваемой выхлопными газами, которая контактирует с материалом при постоянном перемешивании осушаемого материала. Достигается это введением внутрь вращающегося цилиндра нескольких расположенных соосно труб, через которые выхлопные газы проходят из топки в выхлопной сборный коллектор и далее в выхлопную трубу.
Конструкция предложенного устройства приведена на Фиг.1, где изображены:
1 - засыпная горловина;
2 - выхлопной коллектор;
3 - днище осушительно-нагревательной камеры;
4 - осушительно-нагревательная камера;
5 - роликовые опоры;
6 - ограничительное кольцо;
7 - упорные ролики;
8 - привод осушительно-нагревательной камеры;
9, 10 - цилиндрические части осушительно-нагревательной камеры;
11 - переходник;
12 - нагревательные трубки;
13 - теплоизоляция;
14 - топка с камерой сгорания;
15 - ложемент топки;
16 - опоры ложемента;
17 - кольцо;
18 - горелка;
19, 20 - газодинамические лабиринтные уплотнения;
21 - выхлопная труба;
22 - воздуходувка;
23, 24 - датчики температуры;
25 - заслонка осушительно-нагревательной камеры.
Устройство полезной модели имеет следующую конструкцию:
Засыпная горловина 1 проходит через неподвижный выхлопной коллектор 2 и имеет открытый выход через отверстие в днище 3 во вращающуюся осушительно-нагревательную камеру 4, установленную на роликовые опоры 5 с возможностью регулирования ее наклона к горизонту. Камера 4 снабжена закрепленным на ней ограничительным кольцом 6, которое совместно с упорными роликами 7, закрепленными на опорах 5, исключает осевое смещение камеры, вращающейся с помощью привода 8, имеющего функцию регулирования числа оборотов. Камера 4 состоит из двух цилиндрических частей 9 и 10, соединенных между собой усеченным коническим переходником 11. Внутри цилиндра 10 размещены коаксиально в несколько рядов нагревательные трубки 12, закрепленные в соответствующих отверстиях на коническом переходнике 11 и днище 3 цилиндра 10. Все высокотемпературные части установки - выхлопной коллектор 2, цилиндры 9 и 10, переходник 11, заслонка 25 - имеют теплоизоляцию 13, уменьшающую потери тепловой энергии, повышающую температуру внутри установки и защищающую обслуживающий персонал от термических ожогов. Цилиндр 9 проходит через камеру сгорания топки 14. Топка 14 смонтирована и закреплена на ложементе 15 с опорами 16. Открытый конец топки 14 закрывается кольцом 17 с установленной на нем горелкой 18 для жидкого или газообразного топлива. Вращающаяся камера 4 соединена с неподвижными топкой 14 и выхлопным коллектором 2 через лабиринтные уплотнения 19 и 2, соответственно. В выхлопную трубу 21, соединенную с коллектором 2, вставлена воздуходувка 22, позволяющая совместно с форсункой 18 регулировать распределение температуры внутри камеры 4, а также совместно с газодинамическими лабиринтными уплотнениями 19 и 20 исключает утечку через них выхлопных газов. Для контроля температуры в камере сгорания топки 4 и выхлопной трубе 21 установлены датчики температуры 23 и 24, соответственно. Заслонка 25 на открытом торце трубы 9 повышает полноту использования энергии топлива, регулирует вытяжку из камеры 4 удаленной из материала влаги, а также выход готового продукта.
Устройство для сушки и термообработки сыпучих материалов работает следующим образом:
Жидкое или газообразное топливо подается в форсунку 18 и поджигается. Начинается вращение камеры 4 с помощью привода 8. Термометрами 23, 24, воздуходувкой 22 и заслонкой 25 контролируется достижение требуемых значений температуры в разных частях установки. Обрабатываемой материал подается в засыпную горловину 1 и через нее - в камеру 4, где он контактирует с трубками, нагретыми выхлопными газами, и ими же перемешивается. За счет скорости вращения и наклона к горизонту камеры 4 регулируется время пребывания обрабатываемого материала в установке. Лишившийся воды материал становится рассыпчатым и наиболее высокотемпературной обработке подвергается при нахождении в трубе 9, которая проходит через камеру сгорания топки 14. Удаленная из материала влага в виде водяного пара выходит из камеры 4 через кольцевой зазор между засыпной горловиной 1, коллектором 2 и днищем 3.
Устройство для сушки и термообработки сыпучих материалов может изготавливаться из обычной или нержавеющей стали в зависимости от природы осушаемого и термообрабатываемого материала, а также с учетом требований к чистоте готового продукта. Так, при сушке кварцевого песка для его последующего фракционирования может использоваться устройство из обычной стали, так как при этом выделяется сравнительно мало влаги, она не содержит щелочи и кислоты, при этом не требуется высокая температура в осушительно-нагревательной камере - больше 300-400°С. Для сушки и термообработки гидросиликата кальция после его гидротермального синтеза с целью превращения в силикат кальция (волластонит), особенно с учетом требования к чистоте синтетического волластонита, устройство необходимо будет изготавливать из нержавеющей жаростойкой стали. В этом случае стальные части устройства будут выдерживать температуру до 1400°С, которая может достигаться в камере топки при сгорании мазута, печного топлива, дизельного топлива или газа.
Диаметры цилиндрических частей устройства и их длины рассчитываются исходя из требуемой производительности установки, исходной и конечной влажности обрабатываемого продукта, а также температуры термообработки и ее продолжительности. Эти же параметры влияют на выбор типа форсунки и ее производительности.
Примеры реализации устройства.
1. Для сушки песка была изготовлена установка предложенной конструкции из стали с длиной цилиндрических частей по 3 м каждая и их диаметрами 270 мм и 630 мм, соответственно. Форсунка с тепловой производительностью (70-100) кВт обеспечивала температуру осушительно-нагревательной камеры в диапазоне 300-400°С.
Производительность установки позволяла проводить процесс сушки 2 т кварцевого песка с начальной влажностью (4-6)% до конечной влажности (0.1-0.2)% за один час.
2. Для термообработки гидросиликата кальция была изготовлена установка предложенной конструкции из нержавеющей жаростойкой стали с длиной цилиндрических частей по 3 м каждая и их диаметрами 270 мм и 630 мм, соответственно. При сгорании в камере топки мазута, печного топлива, дизельного топлива или газа в осушительно-нагревательной камере обеспечивалась температуру до 1400°С.
Производительность установки позволяла проводить термообработку 150 кг гидросиликата кальция, имеющего начальную влажность (40-50)%, при температуре 700°С в течение 15 минут до его полного превращения в силикат кальция.