УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ, ДВУХРОТОРНЫЙ КОМПРЕССОР, УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМОВАННОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к сушке и переработке сыпучих материалов пищевой, сельскохозяйственной, лесной, деревообрабатывающей, и др. отраслей промышленности, и может найти применение в устройствах для изготовления формованного топлива из древесных отходов.
Известна установка для сушки сыпучего материала, выбранная заявителем в качестве прототипа, содержащая, систему загрузки исходного сыпучего материала в технологическую вакуумную камеру, в которой расположен технологический теплообменник-испаритель с герметичными полостями для кондуктивного нагрева, перемешивания и перемещения сыпучего материала, трубопровод отвода водяного пара, выделившегося в результате обезвоживания исходного сыпучего материала в устройство для получения перегретого пара, трубопровод для подачи перегретого пара в герметичные полости испарительного блока, трубопровод удаления конденсата из герметичных полостей (см. заявку на изобретение РФ №2005115319, от 20.05.05., опубл. 27.11.06., F25B 21/00).
Известен двухроторный компрессор, выбранный заявителем в качестве прототипа, содержащий корпус с каналами подвода и отвода рабочей среды, размещенные в корпусе с образованием полостей всасывания и нагнетания два ротора винтообразной формы, синхронизированные между собой с возможностью вращения в противоположных направлениях, (см. описание к патенту РФ №2196251, от 31.10.01., опубл. 10.01.03., F04C 18/00, F04C 18/18).
Известна установка для переработки древесных отходов для изготовления формованного топлива, выбранная заявителем в качестве прототипа, содержащая последовательно соединенные узел загрузки, узел измельчения древесных отходов, блок сушки измельченных древесных отходов, блок
изготовления формованного топлива путем прессования, содержащий винтовой шнек и матрицу, узел выгрузки (см. описание полезной модели РФ №7725, от 11.12.97., опубл. 16.09.98., F23B 1/00).
Известно устройство для изготовления формованного топлива из древесных отходов, выбранное заявителем в качестве прототипа, содержащее матрицу с формующими отверстиями и приводной шнек (см. описание полезной модели РФ №7725, от 11.12.97., опубл. 16.09.98., F23B 1/00).
Технической задачей заявляемой группы изобретений является: снижение энергозатрат на сушку сыпучего материала и переработку древесных отходов, повышение надежности прелагаемых установок и повышение прочностных характеристик формованного топлива.
Поставленная задача решается предлагаемой группой изобретений:
При этом передачу тепловой энергии от сжатого перегретого пара к исходному сыпучему материалу осуществляют через вибрирующие стенки герметичных полостей теплообменника-испарителя для формирвания псевдоожиженного слоя исходного сыпучего материала.
Известной установкой для сушки сыпучего материала, содержащей систему загрузки исходного сыпучего материала в технологическую вакуумную камеру, в которой расположен технологический теплообменник-испаритель с герметичными полостями для кондуктивного нагрева, перемешивания и перемещения сыпучего материала, трубопровод отвода водяного пара, выделившегося в результате обезвоживания исходного сыпучего материала в устройство для получения перегретого пара, трубопровод для подачи перегретого пара в герметичные полости испарительного блока, трубопровод удаления конденсата и воздуха из герметичных полостей, в которой, согласно изобретению, устройство для получения перегретого пара выполнено в виде компрессора для получения сжатого перегретого пара с заданными параметрами температуры и давления, а трубопровод для удаления конденсата соединен с фазоразделителем.
При этом вакуумная технологическая камера выполнена в виде вертикально ориентированного герметичного корпуса, а технологический теплообменник-испаритель в виде каскадно-расположенных вибрирующих наклонных полок с герметичными полостями.
Фазоразделитель выполнен в виде полости, снабженной вакуумным насосом для воздуха и насосом с обратным клапаном для воды.
Известным двухроторным компрессором, содержащим корпус с каналами подвода и отвода рабочей среды, размещенные в корпусе с образованием полостей всасывания и нагнетания два ротора винтообразной формы, синхронизированные между собой с возможностью вращения в противоположных направлениях, в котором, согласно изобретению, роторы выполнены ступенчатыми в виде набора идентичных по форме и габаритным размерам пластин, развернутых последовательно друг относительно друга для образования винтообразной формы.
Известной установкой для переработки древесных отходов для изготовления формованного топлива, содержащей последовательно соединенные: узел загрузки, узел измельчения древесных отходов, блок сушки измельченных древесных отходов, устройство для изготовления формованного топлива путем прессования, содержащий винтовой шнек и матрицу, узел выгрузки, в которой, согласно изобретению, узел загрузки снабжен устройством для дозированной подачи древесных отходов, являющимся первым вакуумным затвором, блок сушки измельченных древесных отходов содержит вакуумную технологическую камеру, в которой расположен технологический теплообменник-испаритель с герметичными полостями для кондуктивного нагрева, перемешивания и перемещения измельченных древесных отходов, трубопровод для отвода выделившегося в результате обезвоживания измельченных древесных отходов водяного пара из вакуумной технологической камеры в компрессор для получения сжатого перегретого пара с заданными параметрами температуры и давления, трубопровод для подачи перегретого пара в герметичные полости технологические теплообменники-испарители, трубопровод для отвода конденсата и воздуха из герметичных полостей технологических теплообменников-испарителей соединен с фазоразделителем, устройство для изготовления формованного топлива снабжен устройством для формирования текстурированных потоков измельченных и высушенных древесных отходов, а матрица является вакуум-затвором.
Вакуумная технологическая камера выполнена в виде вертикально ориентированного герметичного корпуса, а технологический теплообменник-испаритель в виде каскадно-расположенных вибрирующих наклонных полок с герметичными полостями.
Устройство для дозированной подачи древесных отходов выполнено в виде барабанного питателя с ротором секторного типа с разделительными пластинами, расположенными в корпусе с минимальным зазором.
При этом разделительные пластины ротора могут быть выполнены из эластичного материала или в виде ножей с возможностью перекусывания кусков отходов крупной фракции.
Барабанный питатель может быть также снабжен подпружиненным выталкивателем кусков отходов крупной фракции.
Известным устройством для изготовления формованного топлива из древесных отходов, содержащим матрицу с формующими отверстиями и шнек, в котором, согласно изобретению, матрица выполнена в виде полого конуса, шнека имеет коническую форму и смонтирован в полой матрице, а между матрицей и шнеком установлены ролики с возможностью поджатия их шнеком, при этом ролики установлены с зазором между собой для разделения измельченных и подсушенных древесных отходов на потоки с последующей поперечной прокаткой их.
Ролики могут иметь коническую форму.
Заявляемая группа изобретений удовлетворяет требованию единства изобретений, т.к. они объединены единым изобретательским замыслом -установками и устройствами для переработки сыпучих материалов пищевой, сельскохозяйственной, лесной, деревообрабатывающей и др. отраслей промышленности.
Предлагаемые установка для сушки сыпучих материалов, установка для переработки древесных отходов обеспечивают значительное уменьшение энергозатрат за счет:
- использования термодинамического цикла теплового насоса при сушке, вследствие того, что конструктивно установка для сушки сыпучих материалов и установка для переработки древесных отходов, работают по принципу действия теплового насоса, т.к. в принципе являются тепловым насосом, содержащим компрессор, степень сжатия которого определяет тепловой напор, испарительный блок-наружная поверхность полок с влажным материалом, горячий конденсаторный блок-внутренние полости полок. При данном решении установок (установка для сушки сыпучего материала и установка для переработки древесных отходов) тепловое сопротивление оказывается минимальном (только стенка, разделяющая наружную и внутреннюю полости полок), что делает возможным многократно увеличить тепловой поток во влажный материал и исключить тепловые потери. И если принять во внимание, что энергозатраты при сушке составляют, например: - для испарения одной тонны воды теоретически необходимо 550 квт.час; а для испарения
одной тонны воды при использовании трубчатой печи (прототип,) требуется 2270 квт.час, то при использовании теплового насоса (по предлагаемым изобретениям) с перепадом температуры на 20°С требуется всего 12 квт.час, а при использовании теплового насоса с перепадом температуры на 100°С потребуется 60 квт.час; (где перепад температуры является тепловым напором и равен разности температур конденсации перегретого пара во внутренней полости полок и температуры кипения воды в порах исходного сыпучего материала в технологической вакуумной камере).
Применение вакуума обеспечивает повышение отопительного коэффициента теплового насоса за счет увеличение допустимой скорости перегретого пара (сушильного агента) в установках для сушки сыпучего материала и для переработки древесных отходов, что обеспечивает увеличение скорости витания частиц мелкой фракции сыпучего материала в технологической вакуумной камере. Кроме того, сушка в вакууме уменьшает унос частиц сыпучего материала за пределы технологической вакуумной камеры.
Применение вибрации полок теплообменника-испарителя в установках для сушки и для переработки древесных отходов, формирует псевдоожиженный слой обрабатываемого материала, который обеспечивает интенсивное перемешивание сыпучего материала и испарение влаги из него в месте контактов материала с нагретыми полками до температуры выше температуры кипения воды в порах осушиваемого сыпучего материала за счет интенсивного тепло-массообмена, обуславливающим изотермичность слоя. Скорость сушки сыпучего материала и измельченных древесных отходов увеличивается в десятки раз.
Каскадное расположение полок в сочетании с их вибрацией уменьшают габаритные размеры установок, повышают их компактность и обеспечивают создание мобильных установок в различных отраслях техники для широкого спектра сыпучих материалов (зерна, древесные отходы и др. материалов).
Винтовая форма выполнения роторов двухроторного компрессора обеспечивает повышения к.п.д. путем повышения степени сжатия, уменьшение пульсации давления и повышение надежности путем уменьшения нагрузок и обеспечения возможности регулирования режимов на ходу менять параметры процесса сжатия: температуры, давления и т.д. Выполнение роторов из набора идентичных по форме и габаритным размерам пластин, обеспечивает повышение технологичности и снижение трудоемкости его изготовления.
Форма выполнения устройства для дозированной подачи древесных отходов дозирующего с подпружиненным выталкивателем и узла измельчения древесных отходов повышает надежность установки для переработки древесных отходов, т.к. обеспечивает предотвращение сводообразования и напрессовки древесных отходов со стороны загрузки древесных отходов и облегчения разгрузки, а также предотвращает заклинивание ротора барабанного питателя.
Прессование вакуумированной текстурированной_массы древесных отходов обеспечивает получение формованного топлива с повышенными прочностными характеристиками.
Проведенные патентные исследования не выявили идентичных технических решений, что позволяет сделать вывод о новизне заявляемых технических решений.
Отечественная промышленность располагает всеми средствами (материалами, технологией, оборудованием), необходимыми для изготовления и широкого использования предлагаемых установок и их узлов для сушки сыпучих материалов, главным образом зерна, и для переработки древесных отходов лесной, деревообрабатывающей отраслей и других сыпучих материалов в других отраслях народного хозяйства.
Сущность заявленных изобретений поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - изображена общая схема установки для сушки сыпучих материалов;
на фиг.2 - общая схема двухроторного компрессора;
на фиг.3 - общая схема установки для переработки древесных отходов;
на фиг.4 - общая схема устройства для дозированной подачи;
на фиг.5 - общая схема устройства для изготовления формованного топлива.
Установка для сушки 1 сыпучего материала 2 содержит: систему загрузки (на чертеже не показана) исходного сыпучего материала 2 в технологическую вакуумную камеру 3, выполненную в виде вертикально ориентированного герметичного корпуса 4, в котором расположены технологический теплообменник-испаритель 5 в виде каскадно-расположенных вибрирующих наклонных полок 6 с герметичными полостями 7 для кондуктивного нагрева, перемешивания и перемещения сыпучего материала 2, трубопровод отвода водяного пара 8, выделившегося в результате обезвоживания исходного сыпучего материала 2 в устройство для получения для получения сжатого перегретого пара с заданными параметрами температуры и давления, выполненное в виде компрессора
9, трубопровод для подачи перегретого пара 10 в герметичные полости 7 теплообменника-испарителя 5, трубопровод удаления конденсата и воздуха 11 из герметичных полостей 7 теплообменника-испарителя 5, соединенный с фазоразделителем 12, выполненным в виде полости, снабженной вакуумным насосом 13 для воздуха и насосом 14 с обратным клапаном для воды.
Двухроторный компрессор 9 содержит корпус 15 с каналами подвода 16 и отвода 17 рабочей среды, размещенные в корпусе 15 с образованием полостей всасывания и нагнетания два ротора 18 винтообразной формы, синхронизированные между собой с возможностью вращения в противоположных направлениях. Роторы выполнены ступенчатыми 19 в виде набора идентичных по форме и габаритным размерам пластин 20, развернутых последовательно друг относительно друга для образования винтообразной формы.
Установка для переработки 21 древесных отходов 22, для изготовления формованного топлива 23, содержащая последовательно соединенные узел загрузки 24, снабженный устройством для дозированной подачи древесных отходов 22, являющимся первым вакуумным затвором, выполненным в виде барабанного питателя 25 с ротором 26 секторного типа с разделительными пластинами 27, расположенными в корпусе барабанного питателя 25 с минимальным зазором. Разделительные пластины 27 ротора 26 могут быть выполнены из эластичного материала или в виде ножей с возможностью перекусывания кусков отходов крупной фракции. Кроме того, барабанный питатель 25 снабжен подпружиненным выталкивателем 28 кусков отходов крупной фракции;
- узел измельчения 29 древесных отходов 22;
- блок сушки измельченных древесных отходов 22, содержащий вакуумную технологическую камеру 3, выполненную в виде вертикально ориентированного герметичного корпуса 4, в котором расположен технологический теплообменник-испаритель 5, выполненный в виде каскадно-расположенных вибрирующих наклонных полок 6 с герметичными полостями 7 для кондуктивного нагрева, перемешивания и перемещения измельченных древесных отходов 22, трубопровод 8 для отвода выделившегося в результате обезвоживания измельченных древесных отходов 22 водяного пара из вакуумной технологической камеры 3 в компрессор 9, для получения сжатого перегретого пара с заданными параметрами температуры и давления, трубопровод 10 для подачи сжатого перегретого пара в герметичные полости 7 технологического теплообменника-испарителя 5, трубопровод 11 для
отвода конденсата и воздуха из герметичных полостей 7 технологического теплообменника-испарителя 5 соединен с фазоразделителем 12;
- устройство для изготовления формованного топлива 23 путем прессования, содержит шнек 30, устройство для формирования текстурированных потоков измельченных и высушенных древесных отходов (на чертеже не показано), матрицу 31, являющуюся вакуум-затвором, и узел выгрузки (на чертеже не показан).
Устройство для изготовления формованного топлива содержит выполненную в виде полого конуса 32 матрицу с формующими отверстиями 33, шнек 30 конической формы, смонтированный в матрице 32, ролики 34 (могут быть конической формы), установленные между матрицей 32 и шнеком 30 с возможностью поджатия их шнеком 30, при этом ролики 34 установлены с зазором между собой для разделения измельченных и подсушенных древесных отходов на потоки с последующей поперечной прокаткой их для формирования текстурированных потоков древесных отходов.
Предлагаемая установка для сушки 1 сыпучего материала 2, например, зерна, древесных отходов или другого сыпучего материала, работает следующим образом.
Влажный сыпучий материал 2 подается на наклонные полки 6 технологического теплообменника-испарителя 5 технологической вакуумной камеры 3, нагретые до температуры кипения влаги в порах обрабатываемого материала 2. Перемещение сыпучего материала 2 по наклонным полкам 6 осуществляется за счет вибрации. Вибрация наклонных полок 6 вместе с паром, выделяющимся из сыпучего материала 2 при контактном нагреве от нагретых наклонных полок 6 до температуры выше температуры кипения воды, формирует псевдоожиженный слой сыпучего материала 2, в котором происходит интенсивное перемешивание материала, обуславливающее изотермичность слоя и высокую интенсивность тепло- и массообмена. В процессе перемещения по вибрирующим наклонным полкам 6 теплообменника-испарителя 5 сыпучий материал 2 перемешивается и перемещается (перетекает) с полки на полку до выгрузочного патрубка. Выделяющийся в результате обезвоживания сыпучего материала 2 разряженный водяной пар проходит над наклонными полками 6 навстречу движения сыпучего материала 2 и далее отводится по трубопроводу 8 в компрессор 9, где он сжимается до заданных параметров перепада температуры и давления. Полученный в компрессоре 9 перегретый пар более высокого давления направляется по
трубопроводу 10 в герметичные полости 7 теплообменника-испарителя 5 для нагрева наклонных полок 6. В герметичных полостях 7 горячий пар в процессе нагрева наклонных полок 6 охлаждается до температуры конденсации, изотермически конденсируется, отдавая тепло для нагрева наклонных полок 6 и испарения влаги из сыпучего материала 2 на них. Далее, продвигаясь по герметичным полостям 7 конденсат и воздух, попавший в технологическую вакуумную камеру 3 в результате натекания, отводится по трубопроводу 11 в фазоразделитель 12, представляющий собой цилиндр достаточной высоты и диаметра, где при температуре меньше, чем температура пара в технологической вакуумной камере 3, скорость потока воздуха уменьшается и становится меньше скорости витания капелек воды. После полного разделения фаз, образовавшаяся жидкая фаза отделяется через водяной трубопровод насосом 14 (плунжерным или центробежным) с обратным клапаном, а удаление воздуха из фазоразделителя 12 осуществляется вакуумным насосом 13.
Предлагаемая установка для переработки 21 древесных отходов 22 для изготовления формованного топлива 23 работает следующим образом.
Влажный исходный материал - сырье в виде технологической щепы различных пород, опилок (ГОСТ 18320) и стружки (ГОСТ 5244-79) подается в бункер узла загрузки 24, в котором материал опускается вниз в устройство для дозированной подачи древесных отходов, выполненный в виде барабанного питателя 25, заполняя сектора 35 барабанного питателя 25. Подпружиненный выталкиватель 28 отбрасывает в бункер узла загрузки 27 куски древесных отходов крупной фракции, предотвращая напрессовку материала в секторах 35 барабанного питателя 25 и заклинивание ротора 26. При выполнении разделительных пластин 27 в виде ножей возможно и перекусывание кусков отходов крупной фракции. Сводообразование со стороны загрузки исходного материала в барабанный питатель 25 также предотвращено в связи с тем, что корпус 36 барабанного питателя 25 соединен с корпусом 37 измельчителя 29, выполненным в виде ударно-центробежной мельницы с двумя роторами 38 с активными элементами 39 заданного дебаланса, обеспечивающими необходимую вибрацию измельчителю 29 и барабанному питателю 25. В результате, из барабанного питателя 25, являющегося одновременно вакуум-затвором, исходный материал равномерно транспортируется к измельчителю 29. В измельчителе 29, при вращении роторов 38 в противоположные направления, древесные отходы 22 измельчают до древесной муки и подают их на
решетку-классификатор 40 для отбора и подачи фракции нужного гранулометрического состава через питающий патрубок 41 в сушильный блок. В процессе измельчения древесных отходов 22 полученная мука разогревается до температуры кипения воды, что приводит к ее интенсивному испарению. Работа сушильного блока и обработка измельченных древесных отходов 22 в нем аналогична работе установки для сушки 1, описанной выше. Из сушильного блока по патрубку 42 измельченные и высушенные до влажности 5-8% древесные отходы 22 поступают в устройство изготовления формованного топлива 23, где матрица 32 является вторым вакуум-затвором.
Устройство для изготовления формованного топлива работает следующим образом. Измельченные и высушенные до необходимой влажности (5%-8%) рыхлые древесные отходы 22 подаются на конический шнек 30, который продвигает их путем проталкивания через зазоры между роликами 34 с образованием потоков древесных отходов 22. Конический шнек 30 поджимает ролики 34, которые осуществляют поперечную прокатку потоков древесных отходов 22 с последующим проталкиванием их через полую матрицу 32 с формующими отверстиями 33. Процесс изготовления формованного топлива 23 осуществляют при температуре 275-360°С.
Заявителями изготовлен опытный образец установки для переработки древесных отходов для изготовления формованного топлива-древесноволокнистых топливных гранул (пеллет), который успешно прошел испытания.