СПОСОБ СУШКИ СЫПУЧИХ УГЛЕРОДИСТЫХ ИЛИ МИНЕРАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ СЫПУЧИХ УГЛЕРОДИСТЫХ ИЛИ МИНЕРАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2014 года по МПК F26B3/14 F26B17/12 

Изобретение относится к технике сушки сыпучих материалов, преимущественно, не предназначенных для пищевой промышленности.

Известна установка для тепловой обработки сыпучих материалов (авторское свидетельство СССР №1114867), преимущественно зерносушилка, содержащая вертикальную шахту с чередующимися подводящими и отводящими коробами, имеющую две зоны сушки, подключенные посредством трубопроводов к теплогенератору, и зону охлаждения, намагничивающую катушку с ферромагнитным сердечником, размещенную на уровне второй зоны сушки, к которой дополнительно подведен трубопровод ионизированного воздуха от ионизатора, и газораспределительную камеру. Шахта выполнена кольцевой, короба размещены в ней радиально, а газораспределительная камера расположена по ее оси и разделена перегородкой на верхнюю и нижнюю зоны, при этом намагничивающая катушка размещена вокруг шахты, а ее ферромагнитный сердечник установлен с зазором в нижней зоне газораспределительной камеры.

Недостатком известной установки и способа сушки на этой установки является сложность установки, а также неудовлетворительная сушка материала, связанная с тем, что способ сушки и установка не предусматривают специальных приспособлений для выведения выделяющейся из материала влаги, в связи с чем при высоких температур теплоносителя возможно образование «застойных» зон, в которых возможно вскипание выделившейся влаги. В известной по АС СССР №1114867 установке осуществляется контактная сушка, которая может эффективно прогревать только слои материала, расположенные непосредственно около коробов с теплоносителем. Также установка по АС СССР №1114867 не может быть эффективно использована, когда необходимо высушить большой объем материала, в том числе непрерывно движущегося материала.

Известна аэродинамическая сушилка (патент РФ №2099655 на изобретение), состоящая из двух шахт, снабженных подводящими и отводящими коробами, бункерами, вентиляционной системой, отличающаяся тем, что прямоугольные шахты, расположенные одна над другой и соединенные между собой, имеют две отдельные изолированные вентиляционные системы с воздуходувами, имеющими на нагнетательной части воздуховоды для частичного удаления из системы теплоносителя с повышенным содержанием влаги, а на всасывающей линии каждой системы электрические нагреватели для подогрева ими воздуха после включения отдельных замкнутых вентиляционных систем в сушилке, а также более сухого холодного воздуха, забираемого из атмосферы, смонтированные в этих шахтах, обеспечивающих многократное прохождение теплоносителя через слой зерна в обеих шахтах, подпиточного бункера, расположенного над верхней шахтой, завальной ямы, нории и промежуточного бункера-охладителя сухого зерна.

Недостатком прототипа является ее сложность, т.к. продувание слоя материала осуществляется с помощью раздельных вентиляционных систем. Кроме того, сушилка не может быть эффективно использована в случае большого объема высушиваемого материала, т.к. в этом случае надо использовать мощные вентиляционные системы. Указанная аэродинамическая сушилка - сушилка периодического действия с низкой производительностью. В известной сушилке высушиваемый слой находится в неподвижном состоянии. Данная сушилка не позволяет высушить большой объем непрерывно движущегося сыпучего материала.

Известна энерготехнологическая установка для охлаждения кокса и термической подготовки шихты (патент РФ №2035489 на изобретение), содержащая устройство для теплообмена кокса с шихтой. При этом устройство для теплообмена выполнено в виде шахты, разделенной продольной перегородкой на камеру охлаждения кокса и камеру нагрева шихты, связанные между собой теплообменными элементами в виде тепловых труб и/или их пакетов, размещенных в шахматном порядке в обеих камерах, причем испарительные участки тепловых труб расположены в камере охлаждения кокса.

Недостатком известной установки по патенту №2035489 и способа сушки с помощью нее является сложность установки, а также неудовлетворительная сушка материала и недостаточная вентиляция материала, связанные с тем, что установка и способ не предусматривают выведения выделяющейся из материала влаги. Сыпучие продукты обладают низкой теплопроводностью и газопроницаемостью, поэтому при естественном удалении влаги через слой материала, влага будет накапливаться в толщине материала и возможно образование зон с повышенной влажностью, или даже вскипание влаги.

Энерготехнологическая установка по патенту №2035489 принята за прототип.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением - упрощение конструкции установки для сушки сыпучих материалов, повышение эффективности сушки.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в способе сушки сыпучих углеродистых или минеральных материалов, с влажностью, обеспечивающей сыпучее состояние материала, включающий ввод по нескольким уровням тепла от теплоносителя в массу материала, согласно изобретению непосредственно над каждым уровнем ввода тепла от теплоносителя осуществляют отвод теплоносителя и/или пара, при этом что расстояние между уровнем ввода тепла от теплоносителя и расположенным непосредственно над ним уровнем вывода теплоносителя и/или пара, а также между уровнем вывода теплоносителя и/или пара и расположенным непосредственно над ним уровнем ввода тепла от теплоносителя составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала, скорость теплоносителя составляет не менее 0,1 м/с, температура теплоносителя составляет не менее 130°С, тепло от теплоносителя вводят в непрерывно перемещающуюся сверху вниз массу материала.

Сыпучий материал имеет влажность до 15%.

Установка для сушки сыпучих углеродистых или минеральных материалов по первому варианту содержит камеру, предназначенную для подачи в нее сыпучего материала, в полости камеры выполнены элементы ввода теплоносителя в камеру и элементы вывода теплоносителя из камеры, при этом каждый элемент ввода и вывода теплоносителя выполнен в виде канала, проходящего через полость камеры и сообщающегося с внутренней полостью камеры, каждый канал, предназначенный для ввода теплоносителя, сообщен с источником теплоносителя, установка содержит как минимум два яруса каналов ввода и вывода теплоносителя, при этом каждый ярус содержит выполненные на одном уровне каналы ввода теплоносителя и расположенные выше непосредственно над уровнем каналов ввода теплоносителя на расстоянии от них каналы вывода теплоносителя, выполненные также на одном уровне, при этом расстояние между уровнем каналов ввода/вывода теплоносителя и расположенным непосредственно над ним уровнем каналов вывода/ввода теплоносителя составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала, также расстояние между соседними каналами, расположенными на одном уровне, составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала, источник теплоносителя предназначен для подачи в камеру теплоносителя - газа.

Целесообразно, чтобы в установке по первому варианту:

- Каждый канал ввода/вывода теплоносителя выполнен в виде желоба.

- Каждый канал ввода/вывода теплоносителя снабжен в верхней части наклонным вниз козырьком для предотвращения выпадения материала из камеры через канал.

- Источник теплоносителя предназначен для подачи в камеру теплоносителя - отработанного газа.

- Установка снабжена устройствами ввода исходного материала и отвода подсушенного материала.

- Стенки камеры выполнены обогреваемыми теплоносителем.

- В стенке камеры выполнены полости, сообщающиеся раздельно с каналами ввода теплоносителя и с каналами вывода теплоносителя, при этом каналы ввода теплоносителя сообщены с источником теплоносителя через указанную полость.

- Каналы вывода теплоносителя объединены общим коллектором.

Установка для сушки сыпучих углеродистых или минеральных материалов по второму варианту, содержит камеру, предназначенную для подачи в нее сыпучего материала, в полости камеры выполнены элементы ввода тепла теплоносителя в камеру и элементы вывода из камеры пара, образующегося при сушке материала, при этом каждый элемент вывода пара выполнен в виде канала, проходящего через полость камеры и сообщающегося с внутренней полостью камеры, каждый канал, предназначенный для ввода тепла теплоносителя, сообщен с источником теплоносителя, установка содержит как минимум два яруса каналов ввода тепла теплоносителя и вывода пара, при этом каждый ярус содержит выполненные на одном уровне каналы ввода тепла теплоносителя и расположенные выше непосредственно над уровнем каналов ввода тепла теплоносителя на расстоянии от них каналы вывода пара, выполненные также на одном уровне, при этом расстояние между уровнем каналов ввода тепла от теплоносителя и расположенным непосредственно над ним уровнем каналов вывода пара составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала, также расстояние между уровнем каналов вывода пара и расположенным непосредственно над ним уровнем каналов ввода тепла от теплоносителя составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала, источник теплоносителя предназначен для подачи в камеру теплоносителя - пара.

Целесообразно, чтобы в установке по второму варианту:

- Стенки камеры выполнены обогреваемыми теплоносителем.

- Каждый канал ввода тепла теплоносителя сообщен с другими каналами ввода тепла теплоносителя и с полостью, выполненную в стенке камеры, при этом каналы ввода теплоносителя сообщены с источником теплоносителя через указанную полость.

- Каждый канал вывода теплоносителя выполнен в виде желоба.

- Каждый канал вывода теплоносителя снабжен в верхней части наклонным вниз козырьком для предотвращения выпадения материала из камеры через канал.

- Расстояние между соседними каналами, расположенными на одном уровне, составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала.

- Установка снабжена устройствами ввода исходного материала и отвода подсушенного материала.

- Каналы вывода теплоносителя объединены общим коллектором.

Заявляемый способ сушки заключается в том, что через слой сыпучего материала подают тепло от теплоносителя, при этом на одном уровне обеспечена подача тепла от теплоносителя, выше уровня подачи тепла от теплоносителя осуществляют вывод теплоносителя и/или пара. При этом подвод тепла от теплоносителя осуществляют на нескольких уровнях, вывод теплоносителя и/или пара осуществляют также на нескольких уровнях, при этом каждый уровень вывода теплоносителя и/или пара расположен непосредственно над уровнем ввода тепла от теплоносителя. Для реализации заявленного способа необходимо обеспечить скорость подачи теплоносителя не менее 0,1 м/с; температура теплоносителя должна составлять не менее 130-150°С. Заявляемый способ позволяет эффективно обеспечить сушку материала с любой влажностью, при которой материал остается сыпучим.

Скорость теплоносителя установлена с учетом следующего.

Для сравнения - скорость теплоносителя при технологии сушки «в кипящем слое» для угольных шихт составляет не менее 2,8-3,0 м/с. Такая скорость обусловлена скоростью «витания» частиц материала.

Заявляемое изобретение позволяет обеспечить эффективную «мягкую» сушку при меньших скоростях теплоносителя за счет увеличения площади условной решетки, т.е. площади ввода теплоносителя, за счет увеличения количества уровней вводы и вывода теплоносителя. При этом имеет место объемная диффузионная сушка без уноса материала.

Скорость теплоносителя, при которой сушка будет наиболее эффективной зависит от характеристик материала, но в общем случае должна быть не менее 0,1 м/с. При такой скорости теплоносителя обеспечивается необходимый теплообмен.

Количество уровней подачи тепла от теплоносителя и вывода теплоносителя и/или пара может быть неограниченно и определяется поставленной задачей по удалению влаги. Расстояние между уровнем ввода тепла от теплоносителя и расположенным непосредственно над ним уровнем отвода теплоносителя и/или пара определяется для каждого вида материала индивидуально, т.к. определяется проницаемостью каждого конкретного сыпучего материала. В общем случае расстояние между каждым уровнем ввода тепла от теплоносителя и расположенным непосредственно над ним уровнем вывода теплоносителя и/или пара, или соответственно между каждым уровнем вывода теплоносителя и/или пара и расположенным непосредственно над ним уровнем ввода тепла от теплоносителя должно быть не менее шестикратного максимального размера частиц (кусков) материала. Указанное расстояние выбирается с учетом обеспечения свободного прохождения теплоносителя, без образования «застойных зон», а также с учетом возможности беспрепятственного схода осушаемого материала с козырьков каналов.

Выбор диапазона температур в заявляемом способе обусловлен следующим. При температурах теплоносителя в диапазоне температур 130-150°С будет обеспечено эффективное удаление (испарение) влаги в виде пара из материала. Выделяемая из материала при вводе теплоносителя влага в виде пара будет подниматься вверх через слой материала, лежащий между уровнем ввода теплоносителя и уровнем вывода теплоносителя. В процессе движения пара через слой материала материал, лежащий выше уровня ввода теплоносителя, нагревается паром, т.е. он как бы «подготавливается» к последующему более сильному нагреву при прохождении через уровень ввода теплоносителя. Т.е. происходит «мягкий» нагрев материала в процессе его движения по камере, при этом выделяемый в процессе сушки материала пар постоянно удаляется. Таким образом исключается образование «застойных» зон влаги, которая может образовываться в результате конденсации выделяемого пара, снижается вероятность конденсации пара, практически полностью исключается вероятность вскипания влаги, образовавшейся в результате конденсации пара. «Мягкая» сушка материала позволяет снизить возможность деструктивных изменений высушиваемого материала, максимально сохранив его первоначальные физическо-химические свойства.

В качестве теплоносителя могут быть использованы газ или пар. В случае, если в качестве теплоносителя используется газ, сушка материала осуществляется в процессе конвективного теплообмена между газом и материалом, а также в результате воздействия на материал пара, выделяющегося в процессе сушки. В этом случае отводу подлежит как сам теплоноситель, так и пар, выделяющийся из материала в процессе сушки.

В случае, если в качестве теплоносителя используется пар, тогда имеет место контактно-конвективная сушка, т.к. известно, что пар для сушки материала подается по трубам (закрытым каналам), чтобы исключить дополнительное увлажнение материала паром теплоносителя. Материал нагревается при контакте со стенками труб (каналов) по которым подается пар теплоносителя), выделяемый из материала при его нагреве пар подлежит удалению через элементы вывода.

В формуле для обобщения возможных видов теплоносителя используется понятие «тепло от теплоносителя», т.к. в общем случае теплоноситель (и газ, и пар) служат для подачи тепла в массу материала.

Заявляемый способ позволяет осуществлять эффективную сушку, как неподвижных больших объемов сыпучего материала, так и непрерывно движущегося сверху вниз материала.

Для реализации заявляемого способа сушки могут быть использованы установки по двум вариантам.

В установке по первому варианту в качестве теплоносителя используют газ. В этом случае теплоноситель подается в камеру через открытые каналы (желоба). В полости камеры находится высушиваемый материал (общим объемом). Газ проникает между частицами высушиваемого материала, нагревая их, т.е. имеет место конвективная сушка. При нагреве из частиц материала выделяется влага в виде пара, который вместе с теплоносителем удаляется через такие же открытые каналы (желоба), расположенные выше уровня каналов для подвода теплоносителя. Через подводящие каналы, расположенные выше отводящих каналов также подается теплоноситель, который осуществляет нагрев вышележащих слоев материала, выделяемая при нагреве влага в виде пара вместе с теплоносителем также удаляется через отводящие каналы, расположенные выше подводящих каналов.

Таким образом, осуществляется нагрев и сушка материала, расположенного в зоне всех каналов. При этом обеспечивается интенсивное циркулирование теплоносителя через объем материала, расположенный между подводящим и отводящим каналом. С увеличением количества уровней подачи тепла вывода пара и/или теплоносителя увеличивается температура материала, происходит интенсивная сушка, а также интенсивная вентиляция материала, что в целом обеспечивает эффективную сушку материала.

Отводящие и подводящие каналы могут располагаться непосредственно канал над каналом, эти каналы могут также располагаться в шахматном порядке. Отводящие и подводящие каналы также могут располагаться навстречу друг другу с целью выравнивания теплообмена.

Расстояние между уровнями расположения подводящих и отводящих каналов выбирается таким образом, чтобы с учетом свойств материала, обеспечить прохождение теплоносителя в зоне между этими каналами.

Постоянный отвод влаги с теплоносителем обеспечивает эффективную сушку материала, т.к. исключается образование зон, где застаивается влага, что исключает повторное проникновение влаги в материал, а также исключает возможность вскипания влаги. Кроме того, при постоянном отводе влаги происходит постоянный сдвиг равновесия давления пара над поверхностью частиц материала и ускорение сушки.

Подача удаление газового теплоносителя может осуществляться при помощи нагнетателей или дымососов, т.е. устройств, широко применяемых в настоящее время.

В установке по второму варианту, в которой в качестве теплоносителя используется пар, теплоноситель подается через закрытые каналы, выше уровня расположения которых выполнены открытые каналы (желоба), предназначенные для удаления выделившейся при нагреве материала влаги в виде пара. В этом случае имеет место контактно-конвективная сушка материала. Контактная сушка осуществляется в зоне вокруг закрытого канала с теплоносителем. При отводе через отводящие каналы (желоба) влаги, выделившейся в виде пара из высушиваемого материала, помимо отвода влаги в виде пара, осуществляется конвективная сушка выделившимся паром материала, находящегося между подводящим и отводящим каналами.

Отводящие и подводящие каналы, также как и в установке по первому варианту, могут располагаться непосредственно канал над каналом, эти каналы могут также располагаться в шахматном порядке.

В установках по обоим вариантам для повышения эффективности нагрева материала целесообразно стенки камеры выполнять также обогреваемыми теплоносителем. При этом каналы в стенках камеры сообщаются с подводящими каналами, расположенными внутри камеры.

Как уже указывалось выше (при описании сущности способа) расстояние между каждым уровнем ввода теплоносителя и расположенным непосредственно над ним уровнем вывода теплоносителя, или соответственно между каждым уровнем вывода теплоносителя и расположенным непосредственно над ним уровнем ввода теплоносителя должно быть не менее шестикратного максимального размера частиц (кусков) материала.

Указанное расстояние выбирается с учетом обеспечения свободного прохождения теплоносителя, без образования «застойных зон» и свободного схода осушаемого материала.

Аналогично выбирается расстояние между каналами одного уровня.

Форма каналов с козырьками должна обеспечивать свободный сход материала и свободный выход теплоносителя.

Установки по обоим вариантам оснащены известными устройствами ввода исходного материала и вывода (отвода) уже подсушенного материала. При этом указанные устройства, в том числе обеспечивают герметизацию установок.

Полости в стенках камер установок по обоим вариантам, помимо функции нагрева пристенного материала, выполняют функцию коллекторов, а именно: полости, сообщенные с каналами ввода теплоносителя получают теплоноситель от источника теплоносителя и распределяют его по каналам; полости, сообщенные с каналами вывода теплоносителя и/или пара, предназначены для сбора теплоносителя и/или пара со всех каналов и передачи их или обратно к источнику или же на иные технологические нужды.

Эффективность установок по обоим вариантам примерно одинаковая, разница заключается в том, что в изобретении по первому варианту имеет место конвективная сушка объема материала, расположенного между подводящим и отводящим каналами, а в установке по второму варианту имеет место контактно-конвективная сушка.

В заявляемых изобретениях обеспечивается постоянное эффективное удаление выделившейся из материала при его нагреве влаги.

Для эффективного циркулирования теплоносителя и пара в объеме материала, определенным образом выбирается расстояние между уровнем расположения подводящего канала и расположенным непосредственно над ним уровнем расположения отводящим каналом (желобом). Для различных материалов это расстояние будет разным и будет определяться плотностью насыпной массы конкретного материала. Т.е. это расстояние будет определяться проницаемостью объема материала.

Циркулирование теплоносителя и пара в объеме материала происходит по направления от подающего канала к отводящему. Для более эффективного нагрева и циркулирования теплоносителя и пара целесообразно эти каналы выполнять горизонтальными, что обусловливается направлением движения теплоносителя и пара - вверх.

Изобретение по обоим вариантам может быть использовано при высушивании больших объемов материала и может эффективно использовано, как при сушке сыпучего минерального материала (например, песка), так и при высушивании шихты для производства кокса.

Технические решения по обоим вариантам являются простыми, но достаточно эффективными. Изобретение не требует использования специальных средств для нагнетания теплоносителя и его отвода. Не требуется специальных средств, обеспечивающих подачу теплоносителя (или для удаления влаги) в толщу материала.

В результате поиска авторами не было найдено решений, в которых помимо эффективного нагрева высушиваемого материала, также решалась бы задача эффективного удаления влаги в процессе сушки для того, чтобы избежать застаивания влаги в массиве материала и избежать закипания влаги.

Заявляемые установки для сушки являются простыми по конструкции, при этом обеспечивается эффективное высушивание большого объема (более 10 т/час) непрерывно движущегося материала.

Температура теплоносителя должна быть не менее 150°C по первому варианту (для газа), и не менее 130°C по второму варианту (для пара).

Заявляемое изобретение эффективно для материалов с любой исходной влажностью, при которой материал остается сыпучим.

Угольная шихта и концентраты чаще всего имеют влажность до 15%.

Помимо простоты конструкции установки по обоим вариантам обеспечивают хороший теплообмен между теплоносителем и высушиваемым материалом. Также обеспечена хорошая вентиляция, необходимая для сушки, а также необходимая с точки зрения безопасности процесса (исключения вскипания влаги в застойных зонах), т.к. исключена возможность образования «застойных» зон, в которых скапливается неудалившаяся влага.

Низкие скорости газового теплоносителя позволяют снизить унос мелких фракций материала, что обеспечивает эффективность заявляемых способа и установок.

Надо также отметить, что использование для сушки сыпучего материала заявленных способа и установок по обоим вариантам позволит сократить количество теплоносителя за счет более тесного контакта теплоносителя с высушиваемым материалом, чем в известных способах и установках. Это позволяет сделать вывод о более высокой эффективности сушки по заявленному способу и по обоим вариантам установок для сушки.

Заявляемые изобретения будут эффективны даже при малых скоростях движения материала через камеру.

На фиг.1 изображена схема установки по первому варианту.

На фиг.2 изображена схема сечения I-I установки по первому варианту.

На фиг.3 изображена схема сечения II-II установки по первому варианту.

На фиг.4 изображена схема распределения теплоносителя в массе материала в установке по первому варианту.

На фиг.5 изображено сечение А-А установки по первому варианту со схемой движения теплоносителя.

На фиг.6 изображено сечение Б-Б установки по первому варианту со схемой движения теплоносителя.

На фиг.7 изображено центральное продольное сечение установки по второму варианту.

На фиг.8 изображена схема продольного сечения по каналам вывода пара установки по второму варианту.

На фиг.9 изображена схема распределения испарившейся влаги (пара) в массе материала в установке по второму варианту.

На фиг.10 изображено сечение А-А установки по второму варианту со схемой движения испарившейся влаги (пара).

На фиг.11 изображено сечение Б-Б установки по второму варианту со схемой движения испарившейся влаги (пара) пара.

На фиг.12 изображен участок сечения установки по второму варианту, в которой каналы ввода тепла теплоносителя (пара) выполнены в виде прямоугольных коробов.

Установка для сушки сыпучих углеродистых или минеральных материалов по первому варианту содержит камеру 1, предназначенную для подачи в нее сыпучего материала 2. В полости камеры 1 выполнены элементы 3 ввода теплоносителя в камеру 1 и элементы 4 вывода теплоносителя из камеры. Элемент ввода 3 и вывода 4 теплоносителя выполнен в виде канала, проходящего через полость камеры и сообщающегося с внутренней полостью камеры 1. Каждый канал, предназначенный для ввода теплоносителя, сообщен с источником теплоносителя (на чертеже не показан). Установка по первому варианту содержит пять ярусов каналов ввода 3 и вывода 4 теплоносителя. Каждый ярус содержит выполненные на одном уровне каналы ввода 3 теплоносителя и расположенные выше непосредственно над уровнем каналов ввода теплоносителя на расстоянии от них каналы вывода 4 теплоносителя, выполненные также на одном уровне. Источник теплоносителя предназначен для подачи в камеру теплоносителя - газа. Каждый канал 3, 4 ввода/вывода теплоносителя выполнен в виде желоба. Каждый канал 3, 4 ввода/вывода теплоносителя снабжен в верхней части наклонным вниз козырьком 5 для предотвращения выпадения материала из камеры через канал. Расстояние между уровнем каналов ввода/вывода теплоносителя и расположенным непосредственно над ним уровнем каналов вывода/ввода теплоносителя составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала. Расстояние между соседними каналами, расположенными на одном уровне, составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала. Каналы 3 и каналы 4 расположены по отношению друг к другу в шахматном порядке.

Установка для сушки сыпучих углеродистых или минеральных материалов по второму варианту содержит камеру 6, предназначенную для подачи в нее сыпучего материала. В полости камеры 6 выполнены элементы 7 ввода тепла теплоносителя в камеру и элементы 8 вывода из камеры пара, образующегося при сушке материала. Каждый элемент 7 ввода тепла теплоносителя выполнен в виде закрытого канала, проходящего через полость камеры и сообщающегося с источником теплоносителя (на чертеже не показан) и с другими каналами 7 ввода тепла теплоносителя. Каждый элемент 8 вывода пара выполнен в виде канала - желоба, проходящего через полость камеры и сообщающегося с внутренней полостью камеры 6. Каждый канал, предназначенный для ввода тепла теплоносителя, сообщен с источником теплоносителя - пара. Установка по второму варианту содержит пять ярусов каналов 7, 8 ввода тепла теплоносителя и вывода пара. Каждый ярус содержит выполненные на одном уровне каналы 7 ввода тепла теплоносителя и расположенные выше непосредственно над уровнем каналов 7 ввода тепла теплоносителя на расстоянии от них каналы 8 вывода пара, выполненные также на одном уровне. Каждый канал 7 ввода тепла теплоносителя сообщен с другими каналами ввода тепла теплоносителя и с полостью 9, выполненную в стенке камеры 6. Каждый канал 8 вывода теплоносителя снабжен в верхней части наклонным вниз козырьком 10 для предотвращения выпадения материала из камеры через канал. Расстояние между уровнем каналов 7 ввода тепла от теплоносителя и расположенным непосредственно над ним уровнем каналов 8 вывода пара составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала. Расстояние между уровнем каналов 8 вывода пара и расположенным непосредственно над ним уровнем каналов 7 ввода тепла от теплоносителя составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала. Расстояние между соседними каналами, расположенными на одном уровне, составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала. Каналы 7 и 8 по отношению друг к другу расположены в шахматном порядке.

Установка по первому варианту работает следующим образом. Теплоноситель - газ через коллектор поступает в канал 3 в массу непрерывно движущегося сверху вниз материала 2. Теплоноситель - газ просачивается через порозную среду высушиваемого материала и вступает в теплообмен с частицами высушиваемого материала. В процессе такого теплообмена из материала удаляется в виде пара влага. Далее пар и теплоноситель газ совместно проходят через слой высушиваемого материала и нагревают вышележащие слои материала. Движение теплоносителя и пара осуществляется до уровня расположения каналов 4, через которые и теплоноситель - газ и пар удаляются. Принцип сушки в установке по первому варианту - конвективная сушка.

Установка по второму варианту работает следующим образом. Теплоноситель - пара поступает в закрытые каналы 7. Объем материала, расположенный в непосредственной близости от каналов 7 нагревается контактным способом. В процессе нагрева из материала выделяется в виде пара влага. Пар устремляется вверх, просачиваясь через материал, нагревая его таким образом. Т.е. начинается уже конвективная сушка. При достижении паром каналов 8 пар удаляется из камеры. Принцип сушки в установке по второму варианту - контактно-конвективная сушка.

Согласно заявляемому способу были осуществлены следующие примеры.

Пример 1.

Теплоноситель - отходящий дымовой газ системы обогрева коксовых печей. Сыпучий материал - угольная шихта для коксования. Объем сыпучего материала - перемещающийся (движущийся) вниз.

Подсушка угольной шихты осуществлялась в камере (секция угольной башни) в зоне, близкой к разгрузке шихты в углезагрузочный вагон. Т.е. каналы ввода и вывода теплоносителя выполнены в нижней части камеры. Расход шихты на коксование составляет 100 т/час. Насыпная плотность перемещающегося (движущегося) вниз слоя 650 кг/м³, а порозность - 50%. Объем шихты, равный часовому расходу составляет 150 м³. Влажность угольной шихты составляет 9,8%. Температура теплоносителя на входе в зону сушки составляет 260°C. Площадь сечения камеры (секции угольной башни) в зоне теплообмена составляет 70 м². Площадь фильтрации теплоносителя через угольную шихту для одного яруса теплообмена (ввод и вывод теплоносителя) с учетом порозности составляет 35 м2. Для сушки используется 4 яруса ввода-вывода теплоносителя. Площадь сечения (фильтрации) теплоносителя при четырех ярусах составляет 140 м². Количество теплоносителя 70000 м³/час (19 м³/сек). Скорость теплоносителя составляет 19:140=0,36 м/сек. Высота слоя шихты, проходимая теплоносителем во время теплообмена в одном ярусе - 250 мм - определяется расстоянием между уровнями ввода и вывода теплоносителя.

Температура теплоносителя на выходе из сушилки (через каналы вывода теплоносителя) составляет 105°C. Температура угольной шихты после подсушки составляет 90°C. Влажность подсушенной угольной шихты составляет 5,8%. Снижение влажности угольной шихты составила 4,0%. Температура шихты повысилась с 20°C до 90°C.

Пример 2.

Теплоноситель - отходящий дымовой газ системы обогрева коксовых печей. Сыпучий материал - угольная шихта для коксования. Объем сыпучего материала - перемещающийся (движущийся) вниз.

Подсушка угольной шихты осуществляется в камере - сушилке (бункер питателя отделителя кипящего слоя) перед отделителем кипящего слоя производительностью 200 т/час. Влажность угольной шихты 12,5%. Чтобы установка кипящего слоя устойчиво работала влажность шихты должна быть понижена до 10%. Бункер - питатель отделителя кипящего слоя имеет площадь сечения 10 м². Выполнено 10 ярусов сушки (каждый ярус содержит один уровень ввода теплоносителя и расположенный непосредственно над уровнем ввода теплоносителя уровень вывода теплоносителя и пара, образующегося при нагреве влажной шихты). Расстояние между уровнями ввода и вывода теплоносителя составляет 250 мм. Такое же расстояние между каналами одного уровня. Каждый канал ввода и вывода теплоносителя выполнен в виде желоба, в верхней части которого выполнен козырек для предотвращения выпадания материала через соответствующий желоб. Общая площадь сечения ввода теплоносителя составляет 100 м². Порозность при движении шихты составляет 60%. Эффективное сечение для ввода теплоносителя с учетом порозности составляет 60 м². Количество теплоносителя составляет 72000 м³/час (20 м³/сек). Температура теплоносителя на входе в сушилку составляет 270°C. Скорость теплоносителя внутри сушилки составляет 20:60=0,33 м/сек.

Температура теплоносителя на выходе из сушилки составляет 80°C. Температура угольной шихты после сушки составляет 65°C. Влажность шихты после подсушки 9,4%. Количество удаленной влаги составляет 3,1% или 6200 кг/час.

Пример 3.

Теплоноситель - пар. Сыпучий материал - угольная шихта для коксования. Объем сыпучего материала - перемещающийся (движущийся) вниз.

Подсушка угольной шихты осуществляется в камере - сушилке (бункер питателя отделителя кипящего слоя) перед отделителем кипящего слоя производительностью 200 т/час.

Корпус камеры-сушилки выполнен из парообогреваемых элементов, а внутри сушилки обогрев и подсушка шихты также осуществляются при помощи тепловых парообогреваемых элементов. Расстояние между парообогреваемыми элементами уровня ввода тепла теплоносителя (фиг.12) составляет 200 мм. Такое же расстояние между уровнем ввода тепла теплоносителя и уровнем вывода пара. Влажность угольной шихты составляет 12,5%. Площадь сечения камеры (бункера - питателя отделителя кипящего слоя) 10 м². Камера оборудована 10 (десятью 0 ярусами сушки (каждый ярус содержит один уровень ввода тепла теплоносителя и расположенный непосредственно над уровнем ввода тепла теплоносителя уровень вывода пара). Уровень ввода тепла теплоносителя оборудован тепловыми пароконденсирующими элементами (регистрами). Вывод пара организован через каналы - желоба, снабженные в верхней части козырьками. Температура пара, поступающего в нагревательные элементы составляет 150-200°C. Камера (бункер-питатель кипящего слоя) также изготовлена из пароконденсирующих элементов, предназначенных для обогрева пристенных слоев угольной шихты и удаления влаги.

При расходе 6,5 т пара/час из шихты удаляется 5,8 т влаги. Влажность шихты на входе в отделитель кипящего слоя составляет 9,6%. Температура нагретой шихты 70°C. Конденсат после всех обогревательных элементов возвращается к источнику пара.

Изобретение относится к технике сушки сыпучих материалов, преимущественно, не предназначенных для пищевой промышленности. Способ сушки сыпучих углеродистых или минеральных материалов с влажностью, обеспечивающей сыпучее состояние материала, включает ввод по нескольким уровням тепла от теплоносителя в массу материала. Непосредственно над каждым уровнем ввода тепла от теплоносителя осуществляют отвод теплоносителя и/или пара, при этом расстояние между уровнем ввода тепла от теплоносителя и расположенным непосредственно над ним уровнем вывода теплоносителя и/или пара, а также между уровнем вывода теплоносителя и/или пара и расположенным непосредственно над ним уровнем ввода тепла от теплоносителя составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала, скорость теплоносителя составляет не менее 0,1 м/с, температура теплоносителя составляет не менее 130°С, тепло от теплоносителя вводят в непрерывно перемещающуюся сверху вниз массу. Установка для сушки сыпучих углеродистых или минеральных материалов по первому варианту осуществления способа содержит камеру, предназначенную для подачи в нее сыпучего материала, в полости камеры выполнены элементы ввода теплоносителя в камеру и элементы вывода теплоносителя из камеры, при этом каждый элемент ввода и вывода теплоносителя выполнен в виде канала, проходящего через полость камеры и сообщающегося с внутренней полостью камеры, каждый канал, предназначенный для ввода теплоносителя, сообщен с источником теплоносителя, установка содержит как минимум два яруса каналов ввода и вывода теплоносителя, при этом каждый ярус содержит выполненные на одном уровне каналы ввода теплоносителя и расположенные выше непосредственно над уровнем каналов ввода теплоносителя, на расстоянии от них каналы вывода теплоносителя, выполненные также на одном уровне, при этом расстояние между уровнем каналов ввода/вывода теплоносителя и расположенным непосредственно над ним уровнем каналов вывода/ввода теплоносителя составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала, также расстояние между соседними каналами, расположенными на одном уровне, составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала, источник теплоносителя предназначен для подачи в камеру теплоносителя - газа. Установка для сушки сыпучих углеродистых или минеральных материалов по второму варианту осуществления содержит камеру, предназначенную для подачи в нее сыпучего материала, в полости камеры выполнены элементы ввода тепла теплоносителя в камеру и элементы вывода из камеры пара, образующегося при сушке материала, при этом каждый элемент ввода тепла теплоносителя выполнен в виде закрытого канала, проходящего через полость камеры и сообщающегося с источником теплоносителя и с другими каналами ввода тепла теплоносителя, каждый элемент вывода пара выполнен в виде канала, проходящего через полость камеры и сообщающегося с внутренней полостью камеры, каждый канал, предназначенный для ввода тепла теплоносителя, сообщен с источником теплоносителя, установка содержит как минимум два яруса каналов ввода тепла теплоносителя и вывода пара, при этом каждый ярус содержит выполненные на одном уровне каналы ввода тепла теплоносителя и расположенные выше непосредственно над уровнем каналов ввода тепла теплоносителя, на расстоянии от них каналы вывода пара, выполненные также на одном уровне, при этом расстояние между уровнем каналов ввода тепла от теплоносителя и расположенным непосредственно над ним уровнем каналов вывода пара составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала, также расстояние между уровнем каналов вывода пара и расположенным непосредственно над ним уровнем каналов ввода тепла от теплоносителя составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала, источник теплоносителя предназначен для подачи в камеру теплоносителя - пара. Технический результат заключается в упрощении конструкции установки для сушки сыпучих материалов, повышении эффективности сушки. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ сушки сыпучих углеродистых или минеральных материалов с влажностью, обеспечивающей сыпучее состояние материала, включающий ввод по нескольким уровням тепла от теплоносителя в массу материала, отличающийся тем, что непосредственно над каждым уровнем ввода тепла от теплоносителя осуществляют отвод теплоносителя и/или пара, при этом расстояние между уровнем ввода тепла от теплоносителя и расположенным непосредственно над ним уровнем вывода теплоносителя и/или пара, а также между уровнем вывода теплоносителя и/или пара и расположенным непосредственно над ним уровнем ввода тепла от теплоносителя составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала, скорость теплоносителя составляет не менее 0,1 м/с, температура теплоносителя составляет не менее 130°С, тепло от теплоносителя вводят в непрерывно перемещающуюся сверху вниз массу материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сыпучий материал имеет влажность до 15%.

3. Установка для сушки сыпучих углеродистых или минеральных материалов, содержащая камеру, предназначенную для подачи в нее сыпучего материала, в полости камеры выполнены элементы ввода теплоносителя в камеру и элементы вывода теплоносителя из камеры, при этом каждый элемент ввода и вывода теплоносителя выполнен в виде канала, проходящего через полость камеры и сообщающегося с внутренней полостью камеры, каждый канал, предназначенный для ввода теплоносителя, сообщен с источником теплоносителя, установка содержит как минимум два яруса каналов ввода и вывода теплоносителя, при этом каждый ярус содержит выполненные на одном уровне каналы ввода теплоносителя и расположенные выше непосредственно над уровнем каналов ввода теплоносителя на расстоянии от них каналы вывода теплоносителя, выполненные также на одном уровне, при этом расстояние между уровнем каналов ввода/вывода теплоносителя и расположенным непосредственно над ним уровнем каналов вывода/ввода теплоносителя составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала, также расстояние между соседними каналами, расположенными на одном уровне, составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала, источник теплоносителя предназначен для подачи в камеру теплоносителя - газа.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что каждый канал ввода/вывода теплоносителя выполнен в виде желоба.

5. Установка по п.3, отличающаяся тем, что каждый канал ввода/вывода теплоносителя снабжен в верхней части наклонным вниз козырьком для предотвращения выпадения материала из камеры через канал.

6. Установка по п.3, отличающаяся тем, что источник теплоносителя предназначен для подачи в камеру теплоносителя - отработанного газа.

7. Установка по п.3, отличающаяся тем, что она снабжена устройствами ввода исходного материала и отвода подсушенного материала.

8. Установка по п.3, отличающаяся тем, что стенки камеры выполнены обогреваемыми теплоносителем.

9. Установка по п.3, отличающаяся тем, что в стенке камеры выполнены полости, сообщающиеся раздельно с каналами ввода теплоносителя и с каналами вывода теплоносителя, при этом каналы ввода теплоносителя сообщены с источником теплоносителя через указанную полость.

10. Установка по п.3, отличающаяся тем, что каналы вывода теплоносителя объединены общим коллектором.

11. Установка для сушки сыпучих углеродистых или минеральных материалов, содержащая камеру, предназначенную для подачи в нее сыпучего материала, в полости камеры выполнены элементы ввода тепла теплоносителя в камеру и элементы вывода из камеры пара, образующегося при сушке материала, при этом каждый элемент ввода тепла теплоносителя выполнен в виде закрытого канала, проходящего через полость камеры и сообщающегося с источником теплоносителя и с другими каналами ввода тепла теплоносителя, каждый элемент вывода пара выполнен в виде канала, проходящего через полость камеры и сообщающегося с внутренней полостью камеры, каждый канал, предназначенный для ввода тепла теплоносителя, сообщен с источником теплоносителя, установка содержит как минимум два яруса каналов ввода тепла теплоносителя и вывода пара, при этом каждый ярус содержит выполненные на одном уровне каналы ввода тепла теплоносителя и расположенные выше непосредственно над уровнем каналов ввода тепла теплоносителя на расстоянии от них каналы вывода пара, выполненные также на одном уровне, при этом расстояние между уровнем каналов ввода тепла от теплоносителя и расположенным непосредственно над ним уровнем каналов вывода пара составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала, также расстояние между уровнем каналов вывода пара и расположенным непосредственно над ним уровнем каналов ввода тепла от теплоносителя составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала, источник теплоносителя предназначен для подачи в камеру теплоносителя - пара.

12. Установка по п.11, отличающаяся тем, что стенки камеры выполнены обогреваемыми теплоносителем.

13. Установка по п.11, отличающаяся тем, что каждый канал ввода тепла теплоносителя сообщен с другими каналами ввода тепла теплоносителя и с полостью, выполненной в стенке камеры, при этом каналы ввода теплоносителя сообщены с источником теплоносителя через указанную полость.

14. Установка по п.11, отличающаяся тем, что каждый канал вывода теплоносителя выполнен в виде желоба.

15. Установка по п.11, отличающаяся тем, что каждый канал вывода теплоносителя снабжен в верхней части наклонным вниз козырьком для предотвращения выпадения материала из камеры через канал.

16. Установка по п.11, отличающаяся тем, что расстояние между соседними каналами, расположенными на одном уровне, составляет не менее шестикратного максимального размера частицы материала.

17. Установка по п.11, отличающаяся тем, что она снабжена устройствами ввода исходного материала и отвода подсушенного материала.

18. Установка по п.11, отличающаяся тем, что каналы вывода теплоносителя объединены общим коллектором.