RU2718630C1

RU2718630C1 - Belt drier

Info

Publication number: RU2718630C1
Application number: RU2019122814A
Authority: RU
Inventors: Юрий Яковлевич Печенегов; Владимир Владимирович Олискевич; Александр Владимирови Царюнов; Владимир Петрович Севостьянов
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2020-04-10

Abstract

FIELD: drying.

SUBSTANCE: invention relates to devices for dehydration of disperse materials and can be used, in particular, for sludge drying. Belt dryer consists of housing, loading and unloading devices arranged in housing of closed horizontal belt conveyors and steam tubular heaters connected at one end to steam supply pipeline, and from the other end to condensate drain valves and air valves. In housing additional heaters are installed for supply of heat carrier from external source. Pipeline of steam supply is connected by its ends through upper and lower overflows with inner space of housing and is equipped with condensate trap. In section of steam feed pipeline there is a charging device, in filtering of upper overflow there is a filter, and in section of lower overflow there is an ejector, one of which inputs is connected to upper overflow. Vacuum interrupter and a device for air and steam-air mixture discharge are installed on the body.

EFFECT: technical result consists in improvement of energy efficiency and intensification of drying process.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для обезвоживания дисперсных материалов и может быть использовано, в частности, для высушивания иловых осадков.The invention relates to a device for dewatering dispersed materials and can be used, in particular, for drying sludge.

Известна ленточная сушилка с паровым калорифером для нагрева воздуха, служащего сушильным агентом (Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. М.: Химия, 1970. с. 155 - 156) [1]. Она имеет низкую тепловую эффективность, малую интенсивность процесса сушки и отличается громоздкостью.Known tape dryer with a steam heater for heating the air serving as a drying agent (Lykov MV Drying in the chemical industry. M: Chemistry, 1970. S. 155 - 156) [1]. It has low thermal efficiency, low intensity of the drying process and is bulky.

Известна ленточная сушилка с паровым калорифером для подогрева воздуха, служащего сушильным агентом и используемого однократно (Фролов В.Ф. Лекции по курсу «Процессы и аппараты химической технологии». СПб.: ХимИздат, 2003. с. 591) [2]. Данная сушилка имеет невысокую удельную производительность по высушиваемому материалу, отнесенную к 1 м³объема камеры. Known tape dryer with a steam heater for heating air, which serves as a drying agent and used once (Frolov V.F. Lectures on the course "Processes and Apparatuses of Chemical Technology". St. Petersburg: KhimIzdat, 2003. S. 591) [2]. This dryer has a low specific productivity for the dried material, referred to 1 m ^{3 the} volume of the chamber.

Удельный расход тепла в сушилках [1, 2] значителен и составляет от 5000 до 7550 кДж/кг испаренной влаги.The specific heat consumption in dryers [1, 2] is significant and ranges from 5000 to 7550 kJ / kg of evaporated moisture.

Более высокую тепловую эффективность имеет устройство для сушки иловых остатков [2]. Наличие автономных блоков сушки и подогрева сушильного агента - воздуха в устройстве [2] позволяет повысить экономичность использования тепла, поступающего от внешнего источника. Недостатком устройства [2] является его конструктивная сложность, трудность регулирования процесса высушивания влажного материала.A higher thermal efficiency has a device for drying sludge residues [2]. The presence of Autonomous units for drying and heating the drying agent - air in the device [2] can improve the efficiency of using heat from an external source. The disadvantage of the device [2] is its structural complexity, the difficulty of regulating the drying process of wet material.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является сушильная камера, содержащая корпус, загрузочное и разгрузочное устройства, расположенные в корпусе замкнутые горизонтальные ленточные транспортеры и паровые трубчатые нагреватели, присоединенные с одного конца к трубопроводу подвода пара (Патент RU № 2446371 С2, МПК F 26В 17/02, опубл. 27.03.2012, бюл. №9) [3] - прототип. В известном устройстве паровые трубчатые нагреватели размещены над слоями высушиваемого материала на лентах транспортеров, что дает возможность передавать тепло от стенки нагревателей материалу как конвекцией, так и излучением. Использование двойного механизма передачи тепла даст принципиальную возможность интенсификации процесса сушки. Недостатком является отсутствие организованной активной циркуляции сушильного агента внутри корпуса. В устройстве [3], как и в аппаратах [1, 2], сушильным агентом является воздух. Так как воздух содержит свободный кислород, то это может привести к развитию окислительных процессов в высушиваемом материале, содержащем органические компоненты, и к повышенной пожароопасности устройства.Closest to the technical nature of the present invention is a drying chamber comprising a housing, loading and unloading devices, closed horizontal belt conveyors and steam tube heaters located at the housing connected at one end to a steam supply pipe (Patent RU No. 2446371 C2, IPC F 26B 17/02, publ. 03/27/2012, bull. No. 9) [3] - the prototype. In the known device, steam tube heaters are placed above the layers of the dried material on the conveyor belts, which makes it possible to transfer heat from the wall of the heaters to the material both by convection and radiation. The use of a double mechanism of heat transfer will give a fundamental opportunity to intensify the drying process. The disadvantage is the lack of organized active circulation of the drying agent inside the housing. In the device [3], as in the devices [1, 2], the drying agent is air. Since air contains free oxygen, this can lead to the development of oxidative processes in the dried material containing organic components, and to increased fire hazard of the device.

Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в необходимости повышения энергетической эффективности за счет интенсификации процесса сушки в устройстве.The technical problem to which the present invention is directed is the need to increase energy efficiency due to the intensification of the drying process in the device.

Поставленная проблема решается оригинальной конструкцией ленточной сушилки, включающей корпус, загрузочное и разгрузочное устройства, расположенные в корпусе замкнутые горизонтальные ленточные транспортеры и паровые трубчатые нагреватели, присоединенные с одного конца к трубопроводу подвода пара, а с другого конца - к конденсатоотводчикам и воздушным клапанам. В корпусе установлены дополнительные нагреватели для подачи в них теплоносителя от внешнего источника. Трубопровод подвода пара соединен своими концами через верхний и нижний перетоки с внутренним пространством корпуса и оборудован конденсатоотводчиком. В рассечку трубопровода подвода пара установлен нагнетатель, в рассечку верхнего перетока установлен фильтр, а в рассечку нижнего перетока установлен эжектор, один из входов которого соединен с верхним перетоком. На корпусе установлены прерыватель вакуума и устройство для выпуска воздуха и паровоздушной смеси.The posed problem is solved by the original design of the tape dryer, including the casing, loading and unloading devices, closed horizontal belt conveyors and steam tube heaters located in the casing, connected from one end to the steam supply pipeline, and from the other end to the steam traps and air valves. Additional heaters are installed in the housing for supplying coolant to them from an external source. The steam supply pipeline is connected at its ends through the upper and lower flows to the interior of the housing and is equipped with a steam trap. A supercharger is installed in the cut of the steam supply pipeline, a filter is installed in the cut of the upper flow, and an ejector is installed in the cut of the lower flow, one of the inputs of which is connected to the upper flow. A vacuum interrupter and a device for discharging air and vapor-air mixture are installed on the housing.

В отличие от известного устройства, конструкционные особенности предлагаемой ленточной сушилки (присоединение паровых трубчатых нагревателей с другого их конца к конденсатоотводчикам и воздушным клапанам; наличие в корпусе дополнительных нагревателей для подачи в них теплоносителя от внешнего источника, соединение трубопровода подвода пара через верхний и нижний перетоки с внутренним пространством корпуса и оборудование его конденсатоотводчиком; установка в рассечку трубопровода подвода пара нагнетателя, в рассечку верхнего перетока - фильтра, в рассечку нижнего перетока - эжектора, один из входов которого соединен с верхним перетоком) позволяют снизить потребление тепла от внешнего источника и использовать в качестве сушильного агента пар, образующийся при удалении влаги из материала. Внешним источником тепла, которое поступает в дополнительные нагреватели, могут являться вторичные энергетические ресурсы расположенных рядом теплотехнологических установок, например, отходящие дымовые газы. Основная часть тепла, необходимого для высушивания материала, подводится через паровые трубчатые нагреватели, в которых осуществляется конденсация сушильного агента, сжатого нагнетателем до высокого давления. В результате, за счет внутреннего использования теплоты конденсации сжатого пара увеличивается энергетическая эффективность устройства. Находящийся внутри корпуса сушильный агент, получая тепло от нагревателей, находится в перегретом состоянии, то есть его температура выше температуры насыщения пара при его давлении в корпусе. С помощью эжектора осуществляется организованная активная циркуляция сушильного агента и его движения вдоль поверхности слоев высушиваемого материала на лентах транспортеров. Этим обеспечивается значительно более высокая интенсивность теплообменных процессов при сушке по отношению к известному устройству с воздухом в качестве сушильного агента.In contrast to the known device, the structural features of the proposed tape dryer (connecting steam tube heaters from their other end to the steam traps and air valves; the presence of additional heaters in the casing for supplying heat carrier to them from an external source, the connection of the steam supply pipe through the upper and lower flows with the internal space of the body and equipment with a steam trap; installation of a supercharger steam supply pipe into a cut, into a cut of the upper eye - filter crosscuts in the downcomer bottom - the ejector, one input of which is connected with an upper overflow) can reduce the heat consumption from an external source and use as a vapor drying agent formed by removing moisture from the material. The external source of heat that enters the additional heaters may be the secondary energy resources of nearby heat-technological plants, for example, flue gases. The main part of the heat necessary for drying the material is supplied through steam tube heaters, in which the drying agent is condensed, compressed by a supercharger to high pressure. As a result, due to the internal use of the heat of condensation of the compressed steam, the energy efficiency of the device increases. The drying agent located inside the housing, receiving heat from the heaters, is in an overheated state, that is, its temperature is higher than the steam saturation temperature at its pressure in the housing. Using the ejector, organized active circulation of the drying agent and its movement along the surface of the layers of the dried material on the conveyor belts is carried out. This provides a significantly higher intensity of heat transfer processes during drying relative to the known device with air as a drying agent.

Наличие на корпусе прерывателя вакуума и устройства для выпуска воздуха и паровоздушной смеси обеспечивает надежность и безопасность работы сушилки.The presence on the body of the vacuum interrupter and a device for discharging air and vapor-air mixture ensures the reliability and safety of the dryer.

Таким образом, отличительные признаки изобретения позволяют решить поставленную проблему повышения энергетической эффективности и интенсификации процесса сушки.Thus, the distinguishing features of the invention allow to solve the problem of increasing energy efficiency and intensification of the drying process.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна».A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype shows that the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."

В известных устройствах [1, 3] тепло пара, образующегося из испаряющейся влаги высушиваемого материала, не используется внутри сушилки. В известном устройстве [2] использование этого тепла лишь частичное.In known devices [1, 3], the heat of steam generated from the evaporating moisture of the dried material is not used inside the dryer. In the known device [2] the use of this heat is only partial.

Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения «существенные отличия».All this allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of the invention "significant differences".

Технический результат изобретения заключается в повышении энергетической эффективности и интенсификации процесса сушки.The technical result of the invention is to increase energy efficiency and intensify the drying process.

На фиг. приведена схема конструктивного исполнения заявляемого устройства.In FIG. a diagram of the design of the inventive device.

Ленточная сушилка включает корпус 1, внутри которого расположены замкнутые горизонтальные ленточные транспортеры 2, паровые трубчатые нагреватели 3 и дополнительные нагреватели 4. К корпусу 1 примыкает загрузочное 5 и разгрузочное 6 устройства. Паровые трубчатые нагреватели 3 присоединены с одного конца к трубопроводу 7 подвода пара, а с другого конца - к конденсатоотводчикам 8 и воздушным клапанам 9. Трубопровод 7 подвода пара соединен своими концами через верхний 10 и нижний 11 перетоки с внутренним пространством корпуса 1 и оборудован конденсатоотводчиком 12 для дренирования внешних ветвей контура циркуляции пара. В рассечку трубопровода 7 подвода пара установлен нагнетатель 13. В рассечку верхнего перетока 10 установлен фильтр 14, а в рассечку нижнего перетока 11 установлен эжектор 15, один из входов которого соединен трубопроводом 16 с верхним перетоком 10. На корпусе 1 установлены прерыватель вакуума 17 и устройство 18 для выпуска воздуха и паровоздушной смеси. На внутренней поверхности стенок корпуса 1 шарнирно закреплены заслонки 19, служащие для создания зигзагообразного циркуляционного движения сушильного агента внутри корпуса 1.The belt dryer includes a housing 1, inside of which there are closed horizontal belt conveyors 2, steam tube heaters 3 and additional heaters 4. A loading 5 and an unloading 6 device are adjacent to the housing 1. Steam tubular heaters 3 are connected at one end to a steam supply line 7, and at the other end to steam traps 8 and air valves 9. The steam supply line 7 is connected at its ends through the upper 10 and lower 11 flows to the interior of the housing 1 and is equipped with a steam trap 12 for draining the external branches of the steam circuit. A supercharger 13 is installed in the cut of the steam supply pipe 7. A filter 14 is installed in the cut of the upper flow 10, and an ejector 15 is installed in the cut of the lower flow 11, one of the inputs of which is connected by a pipe 16 to the upper flow 10. A vacuum breaker 17 and a device are installed on the housing 1 18 for the release of air and vapor-air mixture. On the inner surface of the walls of the housing 1, the shutters 19 are pivotally fixed, which serve to create a zigzag circulation movement of the drying agent inside the housing 1.

Ленточная сушилка работает следующим образом. Влажный материал поступает в корпус 1 через загрузочное устройство 5 и распределяется по всей ширине верхней части движущейся замкнутой ленты горизонтального транспортера 2, образуя на ленте слой частиц. Далее влажный материал пересыпается с одного замкнутого горизонтального ленточного транспортера 2 на другой, последовательно сверху вниз, перемещаясь на лентах транспортеров зигзагообразно во встречных горизонтальных направлениях. Получая тепло от дополнительных нагревателей 4 и паровых трубчатых нагревателей 3, а также конвекцией от циркулирующего в корпусе перегретого сушильного агента - пара, исходный влажный материал высушивается и в сухом виде выводится из корпуса 1 с помощью разгрузочного устройства 6. Теплоносителем, подаваемым от внешнего источника в дополнительные нагреватели 4, может быть, например, дымовой газ, а в паровых трубчатых нагревателях 3 теплоносителем является сжатый в нагнетателе 13 до высокого давления пар. Данный пар образуется из влаги исходного влажного материала при его высушивании во время нахождения на замкнутых горизонтальных ленточных транспортерах 2. Этот пар под атмосферным давлением из корпуса 1 по верхнему перетоку 10 поступает в фильтр 14, где освобождается от уноса мелкодисперсных твердых частиц, направляется в нагнетатель 13, в качестве которого может служить, например, винтовой компрессор, сжимается и по трубопроводу 7 подвода пара направляется в паровые трубчатые нагреватели 3 и частично на вход эжектора 15, установленного в рассечку нижнего перетока 11. Поступающие в эжектор 15 потоки пара высокого давления из трубопровода 7 подвода пара и низкого давления из трубопровода 16 смешиваются и смесь с небольшим избыточным по отношению к атмосферному давлением поступает по нижнему перетоку 11 в корпус 1. Таким образом, образуется два контура циркуляции сушильного агента - пара с внешними ветвями, проходящими через нагнетатель 13 и через эжектор 15, и одной общей внутренней ветвью, проходящей зигзагообразно в корпусе 1 между замкнутыми горизонтальными ленточными транспортерами 2. Та часть сжатого нагнетателем 13 пара, которая поступает в паровые трубчатые нагреватели 3, передавая тепло через стенку нагревателей сушильному агенту и влажному материалу, конденсируется. Конденсат выводится из паровых трубчатых нагревателей 3 с помощью конденсатоотводчиков 8, а выделяющийся при конденсации пара воздух выводится с помощью автоматически действующих воздушных клапанов 9.A belt dryer operates as follows. The wet material enters the housing 1 through the loading device 5 and is distributed over the entire width of the upper part of the moving closed belt of the horizontal conveyor 2, forming a layer of particles on the tape. Further, the wet material is poured from one closed horizontal belt conveyor 2 to another, sequentially from top to bottom, moving on conveyor belts in a zigzag fashion in opposite horizontal directions. Receiving heat from additional heaters 4 and steam tube heaters 3, as well as convection from a superheated drying agent circulating in the housing - steam, the wet material is dried and removed in dry form from housing 1 using an unloading device 6. The heat carrier supplied from an external source to additional heaters 4, may be, for example, flue gas, and in steam tube heaters 3 the heat carrier is compressed in the supercharger 13 to high pressure steam. This steam is formed from the moisture of the original wet material when it is dried while on horizontal horizontal conveyor belts 2. This steam under atmospheric pressure from the housing 1 through the upper flow 10 enters the filter 14, where it is freed from entrainment of finely dispersed solid particles, is sent to the supercharger 13 , which can be used, for example, as a screw compressor, is compressed and sent through the pipe 7 for supplying steam to the steam tube heaters 3 and partially to the input of the ejector 15 installed in the the cross section of the lower flow 11. The high-pressure steam flows from the pipeline 7 for supplying steam and low pressure from the pipeline 16 entering the ejector 15 are mixed and the mixture with a slight excess relative to atmospheric pressure flows through the lower flow 11 into the housing 1. Thus, two circuits are formed the circulation of the drying agent is a pair with external branches passing through the blower 13 and through the ejector 15, and one common internal branch passing in a zigzag fashion in the housing 1 between closed horizontal conveyor belts s 2. The part of the compressed steam blower 13 which enters the steam tube heaters 3, transferring heat through the wall heaters drying agent and wet material condenses. Condensate is removed from the steam tube heaters 3 using steam traps 8, and the air released during condensation of steam is discharged using automatically operating air valves 9.

Устройство для выпуска воздуха и паровоздушной смеси 18 включается в работу преимущественно при запуске сушилки, когда нужно удалить из корпуса 1 заполняющий его воздух. Прерыватель вакуума 17 автоматически включается для пропуска воздуха в корпус 1, когда при остановке сушилки и конденсации сушильного агента давление в корпусе 1 может упасть ниже атмосферного.A device for discharging air and steam-air mixture 18 is included in the operation mainly when the dryer is started, when it is necessary to remove the air filling it from the housing 1. The vacuum interrupter 17 is automatically turned on to allow air to enter the housing 1, when the pressure in the housing 1 may drop below atmospheric pressure when the dryer stops and the drying agent condenses.

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества:The proposed device has the following advantages:

- высокая интенсивность процессов тепло- и массопереноса при использовании в качестве сушильного агента перегретого пара и, как следствие, меньшее время сушки по отношению к случаю, когда сушильным агентом является воздух;- high intensity of heat and mass transfer processes when using superheated steam as a drying agent and, as a result, shorter drying time in relation to the case when the drying agent is air;

- организованная активная циркуляция сушильного агента в сушильной камере, что способствует активизации сушки влажного материала;- organized active circulation of the drying agent in the drying chamber, which contributes to the activation of drying of the wet material;

- возможность использования для работы сушилки вторичных энергетических ресурсов и, в частности, сбросных дымовых газов;- the possibility of using secondary energy resources and, in particular, waste flue gases for the operation of the dryer;

- трансформация тепла отработавшего сушильного агента путем его сжатия с последующим использованием в качестве теплоносителя в паровых трубчатых нагревателях обеспечивает большой энергосберегающий эффект;- the transformation of the heat of the spent drying agent by compressing it and then using it as a heat carrier in steam tube heaters provides a large energy-saving effect;

- возможность регулирования температуры сушильного агента в корпусе сушилки путем изменения давления пара, подаваемого в паровые трубчатые нагреватели.- the ability to control the temperature of the drying agent in the dryer body by changing the steam pressure supplied to the tubular steam heaters.

Пример выполнения сушки в предлагаемой ленточной сушилке. В ленточной сушилке по предложенному изобретению осуществлялось высушивание иловых осадков с начальным влагосодержанием 340 % до остаточного влагосодержания 40 %. Давление в корпусе сушилки равно атмосферному. Абсолютное давление сжатого нагнетателем пара в трубчатых нагревателях составляет 0,48 МПа. Согласно расчетам, удельный расход тепла, включающий в себя затраты на нагрев исходных влажных иловых осадков, испарение влаги, перегрев образующегося пара до температуры 120°С, потери с конденсатом, выводимым из паровых трубчатых нагревателей, и потери через стенки корпуса в окружающую среду, составлял 3800,8 кДж/кг испаренной влаги. Данный расход тепла обеспечивался подводом тепла от внешнего источника (например, с дымовыми газами) в дополнительные нагреватели в количестве 1686,8 кДж/кг испаренной влаги, а также теплотой конденсации сжатого пара при температуре 150°С в паровых трубчатых нагревателях в количестве 2114 кДж/кг испаренной влаги. На сжатие пара нагнетателем расходовалась энергия (работа электропривода) в количестве 627 кДж/кг испаренной влаги.An example of the drying in the proposed belt dryer. In the belt dryer of the proposed invention, sludge was dried with an initial moisture content of 340% to a residual moisture content of 40%. The pressure in the dryer body is equal to atmospheric. The absolute pressure of the steam compressed by the supercharger in tubular heaters is 0.48 MPa. According to the calculations, the specific heat consumption, including the costs of heating the initial wet sludge, evaporation of moisture, overheating of the generated steam to a temperature of 120 ° C, losses with condensate discharged from steam tube heaters, and losses through the walls of the body into the environment, amounted to 3800.8 kJ / kg of evaporated moisture. This heat consumption was provided by supplying heat from an external source (for example, with flue gases) to additional heaters in an amount of 1686.8 kJ / kg of evaporated moisture, as well as condensation heat of compressed steam at a temperature of 150 ° C in steam tube heaters in an amount of 2114 kJ / kg of evaporated moisture. Energy (operation of the electric drive) was consumed in the amount of 627 kJ / kg of evaporated moisture to compress the steam with a supercharger.

Таким образом, общий удельный расход энергии, подводимой извне к ленточной сушилке, составлял 1686,8 + 627 = 2313,8 кДж/кг испаренной влаги, что значительно ниже аналогичной величины (5000 ÷ 7550 кДж/кг испаренной влаги) для известных сушилок.Thus, the total specific consumption of energy supplied from the outside to the belt dryer was 1686.8 + 627 = 2313.8 kJ / kg of evaporated moisture, which is significantly lower than the same value (5000 ÷ 7550 kJ / kg of evaporated moisture) for known dryers.

Claims

A belt dryer consisting of a housing, loading and unloading devices located in the housing of closed horizontal belt conveyors and steam tube heaters connected at one end to a steam supply pipe, characterized in that the steam tube heaters are connected at the other end to steam traps and air valves, additional heaters are installed in the housing for supplying coolant to them from an external source, the steam supply pipe is connected at its ends through the top the lower and lower flows with the internal space of the casing and is equipped with a steam trap, a supercharger is installed in the cut of the steam supply pipe, a filter is installed in the cut of the upper flow, and an ejector is installed in the cut of the lower flow, one of the outlets of which is connected to the upper flow, a vacuum circuit breaker and device for the release of air and vapor-air mixture.