СПОСОБ СУШКИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F26B3/08 

Изобретение относится к технологии сушки материалов, в частности к способу и установке для сушки твердых материалов в косвенно обогреваемом кипящем слое. При этом подвергаемыми сушке твердыми материалами являются, например, бурый уголь, торф, песок, фильтровальные остатки от механического разделения и илы.

Известен способ сушки твердых материалов, содержащих менее 95 масс. поддающегося испарению материала, путем подачи твердого материала в сушилку с вихревой камерой, косвенно обогреваемой паром, сушки твердого материала, завихренного с помощью вихревой среды в вихревой камере, причем вихревой средой является поддающийся испарению материал в виде пара, с последующим выводом сушенного и испарившегося материала (см. патент DE N 2901723, м.кл. F 26 B 3/08, 1979 г.). При этом температура кипящего слоя в основном ниже температуры разложения твердого материала.

Из указанного источника также известна установка для сушки твердых материалов, содержащих поддающийся испарению материал, в частности воду, содержащая сушилку с вихревой камерой, приспособление для подачи твердого материала, приспособление для загрузки твердого материала в сушилку, механический пылеотделитель для снижения содержания твердых частиц в паре, отводимом из сушилки, и средства для рециркуляции пара.

В течение многолетних исследований и работ по разработке сушилок оказалось, что при осуществлении известного способа и при работе известной установки газовые примеси поддающегося испарению материала практически независимо от температуры кипящего слоя вполне содержатся в паре поддающегося испарению материала, выводимого из сушилки.

Таким образом, недостаток известных способа и установки заключается в сильном загрязнении окружающей среды.

Задача изобретения заключается в уменьшении загрязнения окружающей среды.

Указанная задача решается в предлагаемом способе сушки твердых материалов, содержащих менее 98 масс. поддающегося испарению материала, путем твердого материала в сушилку с вихревой камерой, косвенно обогреваемой паром, сушки твердого материала, завихренного с помощью вихревой среды в вихревой камере, причем вихревой средой является поддающийся испарению материал в виде пара, с последующим выводом сушенного и испаренного материала, за счет того, что температуру кипящего слоя в зависимости от поддающегося испарению материала в выводимом из вихревой камеры твердым материале путем подачи твердого материала с большим содержанием поддающегося испарению материала в кипящий слой и вывода сушенного твердого материала из кипящего слоя устанавливают с обеспечением того, что она соответствует кривой кипения подлежащего испарению материала в выводимом из вихревой камеры твердом материале.

При сушке твердых материалов согласно предлагаемому способу пар, отводимый из сушилки, содержит также газовые компоненты поддающегося к испарению материала, а также другие газовые примеси, например, подаваемые в сушилку вместе с твердым материалом, но лишь ту долю твердых компонентов твердого материала, точка кипения которой ниже указанной температуры.

Кроме того, указанная задача решается в предлагаемой установке для сушки твердых материалов, содержащих поддающийся испарению материал, в частности воду, содержащей сушилку с вихревой камерой, приспособление для подачи твердого материала, приспособление для загрузки твердого материала в сушилку, механический пылеотделитель для снижения содержания твердых частиц в паре, отводимом из сушилки, и средства для рециркуляции пара, за счет того, что она снабжена средствами для поддержания температуры кипящего слоя на уровне кривой кипения подлежащего испарению материала в выводимом из вихревой камеры твердым материалом, причем данные средства выполнены в качестве средств для бесступенчатого регулирования расхода приспособления для подачи твердого материала в зависимости от температуры кипящего слоя.

Указанные средства могут быть выполнены любым известным образом.

Решающее значение для решения задачи изобретения является осознание того, что перевод поддающейся испарению доли твердого материала или ила в его паровую форму в газовой фазе, образуемой поддающейся испарению долью твердого вещества, при изобарном процессе зависит от характерной для твердого материала кривой кипения поддающегося испарению материала, предопределяющей необходимую температуру твердого материала в зависимости от содержания поддающегося испарению материала в твердом материале.

Кроме того, согласно изобретению отводимый из сушилки пар охлаждается косвенно, так что при отпуске своей латентной тепловой энергии он конденсирует, и содержащиеся в паре газообразные компоненты поддающегося испарению материала, другие газообразные примеси и продукты разложения твердой доли материала, которые не поддаются конденсации и не растворимы в конденсате поддающегося испарению материала, отделяются от пара и затем выводятся в атмосферу или подаются на дезодорацию и/или другую очистку.

Другое преимущество изобретения заключается в том, что основная часть тепловой энергии, требуемой для сушки, регенерируется, что приводит к дальнейшему снижению нагрузки на окружающую среду.

В обычных условиях для осуществления предлагаемого способа подлежащий сушке твердый материал должен иметь в виде частиц, предпочтительно имеющих величину до 100 мм, т. е. в виде сыпучего материала, способного к переводу в кипящий слой.

Твердый материал, в частности, илы, которые как таковые не пригодны для получения сыпучего материала, способного к переводу в кипящий слой, путем добавления уже сушенного твердого материала можно переводить в форму, соответствующую требованиям к исходному материалу для осуществления способ согласно изобретению. Другая возможность перевода подлежащего сушке твердого материала в требуемую для осуществления предлагаемого способа форму состоит в получении ила, поддающегося перекачиванию насосом и распылению, путем добавления конденсата, поддающегося испарению материала. В том случае, если необходимо сохранить большой размер кусков подлежащего сушке твердого материала, то предлагаемый способ можно успешно осуществить за счет того, что для образования кипящего слоя используют не сам подлежащий сушке твердый материал, а другой твердый материал с меньшим размером частиц, плотность которого превышает плотность подлежащего сушке материала в 1,2 до 5 раз.

В данном случае необходимо считаться с тем, что вместе с высушенным твердым материалом из вихревой камеры выводится также материал кипящего слоя. Поэтому требуется отделения материала кипящего слоя от высушенного твердого материала, имеющегося в виде крупных кусков, и возврата материала кипящего слоя в вихревую камеру. В частности во время нестационарных фаз работы при осуществлении предлагаемого способа может быть необходимым подавать в процесс материал кипящего слоя, например, из другой системы, или вместо рециркуляции поддающегося испарению материала в виде пара, или дополнительно к такой рециркуляции.

Решающую роль для производительности способ имеет разница между требуемой температурой кипящего слоя и температурой конденсации пара, используемого для косвенного обогревания. Согласно изобретению данная разница должна составлять от 10 до 150 К. При давлении в сушилке, примерно равном атмосферного давлению, требуется давление пара от 0,2 до 4,0 МПа, что при использовании водяного пара в качестве пара для обогревания кипящего слоя приводит к температуре пара, находящейся в диапазоне примерно от 400 до 500 К. В то время как высокое давление пара позволяет строить сушилки меньшего размера, низкое давление пара и, тем самым, небольшая разница между температурой конденсации пара и температурой кипящего слоя приводит к эффективному пользованию преимуществ связи объединения выработки тепловой и электрической энергий.

Регенерация основной доли тепловой энергии, требуемой для сушки, и отделение газообразных примесей, не поддающихся конденсации и не растворимых в конденсате, согласно изобретению требует конденсации испаренной доли твердого материала. В том случае, что сушилка работает с давлением пара, соответствующим давлению окружающей среды, то уровень температуры тепловой энергии, регенерируемой при конденсации, определяется именно зависящей от материала температурой конденсации. Если испаряемый материал представляет собой воду, то регенерируемая в условиях предлагаемого способа тепловая энергия может достичь более 90^oC и тем самым удовлетворить требования к снабжению помещений отопительной теплотой и предварительному нагреванию в промышленных процессах. Если нет возможности использования тепловой энергии данного уровня, то пар можно расширять при выполнении технической работы после предварительной очистки от пыли настолько, что еще возможна конденсация при температуре окружающей среды.

Другая возможность заключается в повышении давления пара, отводимого из кипящего слоя, путем сжатия, осуществляемого после соответствующей очистки и перед конденсацией, до такого уровня, что теплота конденсации освобождается при температуре, необходимой для определенной теплопередачи, например, для обогревания кипящего слоя в рамках предлагаемого способа.

Предлагаемая установка содержит приспособление для загрузки твердого материал в сушилку, причем производительность данного приспособления предпочтительно по меньшей мере в 1,5 раз превышает подлежащую загрузке массу твердого материала. Кроме того, данное приспособление предпочтительно выполнено с возможностью равномерной загрузки 25 75% поверхности вихревой камеры. При этом при работе предлагаемой установки 25% поверхности вихревой камеры загружается приспособлением для загрузки твердого материала в частности в том случае, если подлежащий сушке твердый материал имеется в виде частиц и способен к переводу в кипящий слой, или если подлежащий сушке материал имеется в диспергированном виде (в виде ила), а в том случае, если подлежащий сушке материал лишь трудно или вообще не переводится в кипящий слой, то по меньшей мере 75% поверхности вихревой камеры загружается приспособлением для загрузки твердого материала.

Кипящий слой поддерживают на уровне по меньшей мере 250 1000 мм над обогревательным элементом. Далее в установку входит приспособление для отвода сушенного твердого материала, причем производительность данного приспособления регулируется с помощью известных средств в зависимости от высоты кипящего слоя. Механический пылеотделитель предлагаемой установки предпочтительно выполнен с производительностью отделения пыли, обеспечивающей снижение доли частиц величиной менее 0,5 мм пыли, содержащейся в паре поддающегося испарению материала, до уровня ниже 10 масс.

Приспособление для очистки от пыли (пылеуловитель) предпочтительно выполнено с возможностью снижения содержания пыли в выводимом из сушилке паре до уровня ниже 50 мг на кг пара. Кроме того, предлагаемая установка содержит средства для рециркуляции пара, включающие компрессор для повышения давления до уровня, при котором через установку циркулирует, по меньшей мере, двойное количество пара, необходимое для перехода твердого материала в вихревой камере в кипящий слой, и конденсатор, с помощью которого путем конденсации испаренного в кипящем слое материала отделяются газовые примеси от пара, и данные примеси в случае необходимости с помощью средств для отсасывания выводятся в атмосферу, или подаются на дезодорацию и/или другую очистку, а конденсат с помощью насоса подается на конденсатор и далее на дальнейшую обработку и использование.

В том случае, если уровень температуры конденсации пара поддающегося испарению материала не соответствует требованиям снабжения теплотой, то предлагаемая установка может далее включать одно- или многоступенчатый компрессор для повышения давления пара до уровня, обеспечивающего температуру, необходимую для выполнения задач снабжения теплотой, например, для косвенного обогревания кипящего слоя. Если же и данный вариант не представляет собой целесообразное использование, то пар поддающегося испарению материала из сушилки можно после выхода из приспособления для очистки от пыли подать на паротурбинную установку, в которой при совершении технической работы давление пара снижается до уровня, при котором возможна конденсация при температуре окружающей среды, например, при 30^oC.

Дальнейшие предпочтительные варианты осуществления предлагаемого способа и выполнения предлагаемой установки вытекают из нижеследующего описания к чертежу, примера осуществления способа и полупунктов формулы изобретения.

Приложенный чертеж показывает схему одной формы выполнения предлагаемой установки для сушки твердых материалов.

Установка содержит приспособление 1 для подачи подлежащего сушке твердого материала к сушилке 2, причем приспособление 1 снабжено не представленными на чертеже средствами для бесступенчатого регулирования его расхода в зависимости от температуры кипящего слоя. За приспособлением 1 размещено приспособление 3 для загрузки твердого материала в сушилку 2. Предпочтительно приспособление 3 выполнено с возможностью равномерной загрузки по меньшей мере 25% поверхности 4 вихревой камеры 5, при этом в частности в случае загрузки твердого материала, имеющегося в виде частиц, способного к переходу в кипящий слой или имеющегося в диспергированном виде (в виде ила), примерно равномерно загружается по меньшей мере 25% поверхности 4 вихревой камеры 5, а в случае материала, трудно или не поддающегося переведению в кипящий слой по меньшей мере 75%
Кроме того, установка содержит по меньшей мере один обогревательный элемент 6, причем уровень кипящего слоя поддерживают, по меньшей мере, 250 - 1000 мм над обогревательным элементом 6. Сушенный твердый материал выводится из сушилки через соответствующее выпускное средство 7, размещенное на нижней части сушилки 2, расход которого предпочтительно регулируется известными средствами в зависимости от высоты кипящего слоя, в то время как пар поддающегося испарению материала отводится через выпускное средство 8 на верхней части сушилки 2. За сушилкой 2 размещены механический пылеотделитель 9, выполненный с возможностью снижения доли частиц величиной, например, менее 0,5 мм, пыли, отводимой вместе с паром поддающегося испарению материала, предпочтительно до количества менее 10 масс. и пылеуловитель 10, выполненный с возможностью снижения содержания пыли в паре, отводимом из сушилки 2, до количества менее 50 мг на кг пара. Пар рециркулируется в вихревую камеру через средство 11, снабженное компрессором 12. Последний служит для повышения давления пара до уровня, обеспечивающего подачу на установке, по меньшей мере, двойного количества пыли, необходимого для перевода твердого материала со дна вихревой камеры в кипящий слой.

Предлагаемая установка далее содержит косвенно охлаждаемый конденсатор 13, путем конденсации испаренного материала отделяющий газовые примеси из пара, выводимого в атмосферу или подаваемого на дезодорацию или другую очистку через средство 14 для отсасывания, в то время как конденсат с помощью насоса 15 отчасти поддается на конденсатор 13.

Согласно представленному на чертеже варианту выполнения предлагаемая установка включает также компрессор 16 для повышения давления пара за пылеуловителем 10 до уровня, при котором пар можно использовать для косвенного обогрева кипящего слоя.

Позицией 17 обозначена паротурбинный узел, включающий турбодетандер, генератор для создания электрической энергии и конденсатор.

В нижеследующем на одном примере поясняется осуществление предлагаемого способа с помощью предлагаемой установки.

Пример
В сушилку 2 потоком 100 т в час подают сырой бурый уголь, измельченный в обычной мельнице до частиц величиной от 0 до 6 мм и имеющий содержание воды 55% С помощью регулированной подачи подлежащего сушке угля и регулируемого вывода сушенного угля высоту кипящего слоя устанавливают между минимум 2500 мм и максимум 3250 мм. В условиях данного примера, где площадь вихревой камеры составляет 32 м², высота обогревательного элемент 6 2 м, промежуток между обогревательным элементом и вихревой камерой имеет высоту 250 мм, а минимальное давление пара с помощью компрессора 16 установлено на 0,29 МПа, разница между температурой кипящего слоя и температурой обогревательного элемента, то есть, температурой конденсации пара в обогревательном элементе 6, составляет 40 К, что обеспечивает температуру кипящего слоя, равную 391 К, требуемую специфической кривой кипения подаваемого на сушку угля.

Из сушилки в час выводится 50 г сушенного угля с содержанием воды, составляющим 11,5% Сушенный уголь можно известным образом подвергать доиспарению вне предлагаемой установки.

Кроме того, из сушилки 2 в час выводится примерно 103 т водяного пара, из которого почти полностью удаляют пыль. Та доля пара, которая загрязнена не поддающимися конденсации газовыми примесями, подается на конденсатор 13. Остальная доля пара, примерно 53,8 т в час, рециркулируют в сушилку для разрыхления твердого материала в вихревой камере.

Потребность в тепловой энергии предлагаемой установки составляет 39,3 Мвт в час, причем в конденсаторе при температуре до 368 К можно регенерировать примерно 30,8 Мвт в час, что соответствует 78% расходованной энергии.

Кроме того, в результате соответствующих измерений оказалось, что при осуществлении предлагаемого способа уровень эмиссий значительно ниже уровня загрязнения окружающей среды при осуществлении известных способов.

Использование: сушка твердых материалов и может быть использовано для сушки твердого топлива. Сущность: способ сушки твердых материалов, содержащих менее 98 мас.% поддающегося испарению вещества, в частности воды, путем подачи в косвенно обогреваемую паром, вихревую камеру твердого материала, завихренного с помощью вихревой среды, причем является поддающееся испарению вещество в виде пара, с последующим выводом высушенного и испаренного вещества, причем температура кипящего слоя в зависимости от вида поддающегося испарению вещества в выводимом из вихревой камеры твердом материале путем подачи твердого вещества с большим содержанием поддающегося испарению вещества в кипящий слой и вывода высушенного твердого материала из кипящего слоя устанавливают с обеспечением того, что она соответствует кривой кипения подлежащего испарению вещества в выводимом из вихревой камеры твердом материале. Для осуществления сушки твердых материалов, содержащих поддающийся испарению материал, в частности воду, используют установку, включающую сушилку 2, с вихревой камерой 5, приспособление 1 для подачи твердого материала, приспособление 3 для загрузки твердого материала в сушилку 2, механический пылеотделитель 9 для снижения содержания твердых частиц в паре, отводимом из сушилки, и средства для рециркуляции пара, при этом приспособление 1 для подачи твердого материала снабжен средствами для бесступенчатого регулирования его расхода в зависимости от температуры кипящего слоя. 2 с. и 19 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ сушки твердых материалов, содержащих менее 98 мас. поддающегося испарению материала, путем подачи твердого материала в сушилку с вихревой камерой, косвенно обогреваемой паром, сушки твердого материала, завихренного с помощью вихревой среды в вихревой камере, причем вихревой средой является поддающийся испарению материал в виде пара, с последующим выводом высушенного и испаренного материала, отличающийся тем, что температуру кипящего слоя в зависимости от поддающегося испарению материала в выводимом из вихревой камеры твердом материале путем подачи твердого материала с большим содержанием поддающегося испарению материала в кипящий слой и вывода высушенного твердого материала из кипящего слоя устанавливают с обеспечением того, что она соответствует кривой кипения подлежащего испарению материала в выводимом из вихревой камеры твердом материале. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердый материал загружают в сушилку в виде способного к завихрению сыпучего материала, при этом сам твердый материал образует кипящий слой. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в вихревую камеру в качестве твердого материала подают смесь высушенного твердого материала, выводимого из сушилки, и свежего, еще не высушенного твердого материала. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что подаваемый в сушилку твердый материал с использованием конденсата поддающегося испарению материала переводят в способный к перекачиванию насосом ил, который распыляют в сушилке над кипящем слоем, причем твердый материал сам образует кипящий слой. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердый материал загружают в вихревую камеру в виде крупных кусков или комков, т.е. тяжелым и не способным к завихрению, причем кипящий слой образован способным к завихрению материалом в виде частиц плотностью, в 1,2 до 5 раз превышающей плотность имеющегося в виде комков материала. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что высушенный твердый материал вместе с частью способного к завихрению материала в виде частиц выводят из вихревой камеры, отделяют грубый материал от способного к завихрению материала, а последний рециркулируют в вихревую камеру. 7. Способ по пп.1 и 5, отличающийся тем, что среду для завихрения подают в процесс извне. 8. Способ по пп.1 и 5, отличающийся тем, что давление используемого для косвенного обогрева вихревой камеры пара устанавливают в пределах 0,2 4,0 МПа, а его температуру в пределах примерно 400 500^oК так, что средняя разница между температурой конденсации пара и температурой кипящего слоя находится в пределах 10 150^oК. 9. Способ по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что давление кипящего слоя примерно соответствует атмосферному давлению окружающей среды. 10. Способ по пп.1 и 5, отличающийся тем, что давление пара поддающегося испарению материала, выводимого из сушилки, после соответствующей очистки пара от твердых частиц до косвенной передачи его латентной тепловой энергии на другой носитель тепловой энергии повышают путем подачи механической энергии или снижают путем расширения с отдачей механической энергии. 11. Способ по пп.1, 5 и 10, отличающийся тем, что пар поддающегося испарению материала, имеющий повышенное давление, используют для косвенного обогрева кипящего слоя. 12. Способ по пп.1 11, отличающийся тем, что поверхность кипящего слоя поддерживают на уровне по меньшей мере 250 1000 мм над обогревательным элементом. 13. Установка для сушки твердых материалов, содержащих поддающийся испарению материал, в частности воду, содержащая сушилку с вихревой камерой, приспособление для подачи твердого материала, приспособление для загрузки твердого материала в сушилку, механический пылеотделитель для снижения содержания твердых частиц в паре, отводимом из сушилки, и средства для рециркуляции пара, отличающаяся тем, что она снабжена средствами для поддержания температуры кипящего слоя на уровне кривой кипения подлежащего испарению материала в выводимом из вихревой камеры твердом материале, причем данные средства выполнены в качестве средств для бесступенчатого регулирования расхода приспособления для подачи твердого материала в зависимости от температуры кипящего слоя. 14. Установка по п.13, отличающаяся тем, что производительность приспособления для загрузки твердого материала в сушилку по меньшей мере в 1,5 раз превышает подлежащую загрузку массу твердого материала, при этом приспособление для загрузки твердого материала в сушилку выполнено с возможностью равномерной загрузки по меньшей мере 25% поверхности вихревой камеры. 15. Установка по пп.13 и 14, отличающаяся тем, что она содержит средства для регулирования выпуска высушенного твердого материала в зависимости от высоты кипящего слоя. 16. Установка по пп.13 15, отличающаяся тем, что механический пылеотделитель выполнен с производительностью отделения пыли, обеспечивающей снижение доли частиц величиной менее 0,5 мм пыли, содержащейся в паре поддающегося испарению материала, до уровня ниже 10 мас. 17. Установка по пп.13 16, отличающаяся тем, что она содержит пылеуловитель, выполненный с возможностью снижения содержания пыли в выводимом из сушилки паре до уровня ниже 50 мг на кг пара. 18. Установка по пп.13 17, отличающаяся тем, что средства для рециркуляции пара снабжены компрессором. 19. Установка по пп.13 18, отличающаяся тем, что она содержит косвенно охлаждаемый конденсатор для отделения газовых примесей из пара. 20. Установка по пп.13 19, отличающаяся тем, что она содержит одно- или многоступенчатый компрессор для повышения давления пара. 21. Установка по пп.13 20, отличающаяся тем, что она содержит паротурбинный узел с турбодетандером, генератором для создания электрической энергии и конденсатором.