Устройство для нагрева, сушки и прокаливания сыпучих материалов

 

Изобретение относится к технике сушки сыпучих материалов, преимущественно песка, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например при производстве материала для песочниц железнодорожного транспорта, песка, гравия на асфальтобетонных и строительных предприятиях. Устройство для нагрева, сушки и прокаливания сыпучих материалов содержит корпус с патрубками: загрузочным вверху и с разгрузочным патрубком-бункером внизу, с установленным между ними индукционным нагревательным элементом, выполненным в виде перфорированной оребренной в продольном направлении трубы внутри трубы из ферромагнитного материала с электрической обмоткой между внешней и внутренней трубами, оребрение последней выполнено снаружи и может быть разветвленным и иметь, например, в поперечном сечении вид "снежинки". Концы труб в верхней и нижней частях устройства перекрыты магнитными шунтами. Верхний магнитный шунт выполнен в виде стакана с продольными ребрами на внешней поверхности, с патрубком для отвода пароводяной фракции. Патрубок снабжен вентилем, который закрывает выход пара в режиме продувки материала сжатым воздухом. Нижний шунт выполнен в виде горизонтальной трубы, образующей вместе с внутренней трубой вентилируемый объем. Технико-экономический результат заключается в повышении надежности и КПД установок, содержащих индукционные нагревательные элементы. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Устройство относится к технике сушки сыпучих материалов, преимущественно песка, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например при производстве материала для песочниц железнодорожного транспорта, песка и гравия на асфальтобетонных и строительных предприятиях.

Широко известны сушильные установки, использующие для удаления влаги тепло уходящих газов при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива, например сушильный барабан для сыпучих материалов [1], общим недостатком которых являются высокие затраты на охрану окружающей среды и их низкая производительность за счет инерционных характеристик установок и, как следствие, низкое КПД, надежность и долговечность.

Наиболее близкими к заявленному решению являются изобретения [2,3], установки для сушки и нагрева сыпучих материалов, которые содержат корпус с загрузочным и разгрузочным патрубками, с размещенными по ходу поступления материала нагревательными элементами, с индукционными электрическими обмотками.

Недостаток установок при относительно более высоком КПД заключается в низкой надежности и малом сроке эксплуатации за счет того, что их индукционные электрические обмотки имеют, как правило, тенденцию к локальным перегревам из-за высокой локальной плотности и неравномерности теплового потока с тепловыделяющей поверхности.

Достигаемый предлагаемым техническим решением технико-экономический результат заключается в повышении надежности и КПД установок, содержащих индукционные нагревательные элементы.

Устройство для нагрева, сушки и прокаливания сыпучих материалов содержит корпус с патрубками: загрузочным - вверху и с разгрузочным патрубком-бункером - внизу, с установленным между ними индукционным нагревательным элементом, выполненным в виде перфорированной оребренной в продольном направлении трубы внутри трубы из ферромагнитного материала с электрической обмоткой между внешней и внутренней трубой, оребрение которой выполнено снаружи и может быть разветвленным и иметь, например, в поперечном сечении вид "снежинки". Концы труб в верхней и нижней частях устройства перекрыты магнитными шунтами. Верхний магнитный шунт выполнен в виде стакана с продольными ребрами на внешней поверхности, с патрубком для отвода пароводяной фракции. Патрубок снабжен вентилем, который закрывает выход пара в режиме продувки материала сжатым воздухом. Нижний шунт выполнен в виде горизонтальной трубы, образующей вместе с внутренней трубой вентилируемый объем. Горизонтальная труба нижнего магнитного шунта имеет люк для удаления побочных продуктов (пыли) и штуцер для подачи рабочего агента, например сжатого воздуха. Электрическая обмотка индукционного нагревательного элемента выполнена из сплава с высокой коррозионной стойкостью и сечение ее витков выбрано с таким расчетом, чтобы плотность теплового потока с поверхности витков равнялась плотности теплового потока с поверхности труб в зоне сушки материала.

Внутренняя труба с ее оребрением, как и внешняя труба, выполняется из ферромагнитного материала и является тепловыделяющим элементом индукционного нагревателя. Вихревые токи, создаваемые обмоткой, проходят в поверхностном слое материала труб и оребрения. Для выравнивания плотности теплового потока с поверхностей внешней и внутренней труб, имеющих существенно различные диаметры, оребрение внутренней трубы имеет площадь поверхности такой величины, что в сумме с поверхностью внутренней трубы она эквивалентна площади нагревающей поверхности внешней трубы. Все указанные конструктивные изменения позволяют снизить среднюю плотность теплового потока с поверхности теплоотдачи по сравнению с прототипом в 2-4 раза, во столько же раз снижается толщина слоя нагреваемого материала, получающего тепло с каждого элемента нагревающей поверхности. Перепад температур по толщине слоя нагреваемого материала, пропорциональный произведению плотности теплового потока на толщину слоя, снижается на порядок, что и необходимо для достижения поставленной цели - снижения локальных перегревов конструктивных элементов и нагреваемых материалов, повышения надежности конструкции установки.

Снижение перепада температуры на толщине материала к концу процесса сушки по сравнению с прототипом позволяет снизить среднюю температуру материала на выходе установки и тем самым снизить расход энергии на сушку. Другими компонентами установки, обеспечивающими повышение ее КПД, являются горизонтальная труба со штуцером и вентиль на отводе пароводяной фракции, необходимые для продувки материала сжатым воздухом после окончания сушки, что обеспечивает сдвиг тепла из просушенного материала вверх в материал, находящийся в верхнем патрубке, и тем самым частично снижает затраты энергии на его последующий нагрев.

На фиг. 1 изображено устройство. На фиг. 2 изображено поперечное сечение устройства. На фиг. 3 изображено поперечное сечение внутренней трубы (вариант).

Устройство содержит цилиндрический корпус 1, теплоизоляционный материал 2, загрузочный 3 и разгрузочный 4 патрубки, индукционный нагревательный элемент, состоящий из внешней трубы 5, электрической обмотки 6, внутренней трубы 7 с внешним в осевом направлении оребрением 8, имеющим в поперечном сечении вид "снежинки", магнитные шунты в верхней и нижней частях устройства, где верхний магнитный шунт выполнен в виде стакана 9 с продольными ребрами 10 на внешней поверхности, с патрубком 11 для отвода пароводяной фракции, а нижний шунт выполнен в виде горизонтальной трубы 12, образующей вместе с внутренней трубой 7 вентилируемый объем. Горизонтальная труба 12 шахты с одного конца имеет люк для резервирования (удаления побочных продуктов), а с другого - штуцер для подачи рабочего агента, например сжатого воздуха для вентиляции устройства в непрерывном и дискретном режимах его работы. Электрическая обмотка выполнена из сплава с высокой коррозионной стойкостью.

Устройство работает следующим образом.

Через загрузочный патрубок 3 подается обрабатываемый материал. Затем подают переменное напряжение на электрическую обмотку 6 индукционного нагревательного элемента, магнитное поле которого разогревает поверхности труб нагревательного элемента. Сыпучий материал постепенно нагревается, содержащаяся в нем влага испаряется и через перфорацию во внутренней трубе 7 выводится в виде пароводяной фракции в атмосферу через патрубок 11, выполненный в стакане 9 магнитного шунта. По мере продвижения материала через устройство он прокаливается и через разгрузочный патрубок-бункер 4 подается потребителю. В случае реализации бункерного (дискретного) режима работы устройства, когда осуществляется нагрев, сушка и прокаливание порции сыпучего материала, после его окончания производится удаление побочных продуктов производства, а именно влаги и пылевидной фракции сыпучего материала через имеющийся на конце горизонтальной трубы люк.

Использование предложенного технического решения в установках аналогичного типа позволит повысить их КПД, понизить стоимость изготовления и эксплуатации.

Источники информации 1. Прямоточный сушильный барабан для сыпучих материалов, заявка на патент РФ N 92011188/06, 10.12.92, кл МПК 6 F 26 В 11/04, Масло Г.П. и др. Локомотивное депо "Поварино" Ю-В ж/д.

2. Установка для сушки и нагрева сыпучих материалов, а.с. СССР N 1038766, МКИ F 26 B 17/12, 17.03.82, публ. 30.08.83. БИ N32, Р.З.Икрамов и др., Таджикский НИИ Энергетики...НИИ "Энергосельпроект".

3. Установка для сушки и нагрева сыпучих материалов. Авт.св. СССР N 1068676 по авт.св. N1038766. БИ N3, 1984.

Формула изобретения

1. Устройство для нагрева, сушки и прокаливания сыпучих материалов, содержащее корпус с патрубками: загрузочным вверху и разгрузочным внизу, с размещенным между ними индукционным нагревательным элементом, выполненным в виде внутренней трубы из ферромагнитного материала, имеющей отверстия для отвода пара, внешней трубы из ферромагнитного материала и электрической обмотки, отличающееся тем, что электрическая обмотка размещена между внешней и внутренней трубами, оребрение последней выполнено снаружи, а концы труб перекрыты магнитными шунтами, причем верхний из них выполнен в виде стакана с внешним продольным оребрением и имеет выход для пароводяной фракции, а нижний - в виде горизонтальной трубы, образующей вместе с внутренней трубой вентилируемый объем.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрическая обмотка выполнена из сплава с высокой коррозионной стойкостью и поперечное сечение обмотки выбрано из условия равной плотности теплового потока с поверхности ее витков и поверхности труб, соприкасающейся с нагреваемым материалом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оребрение внутренней трубы выполнено разветвленным и имеет в поперечном сечении, например, вид "снежинки", а суммарная площадь поверхности внутренней трубы и ее оребрения равна по величине площади внутренней поверхности внешней трубы.

4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что горизонтальная труба нижнего магнитного шунта имеет люк для очистки от пыли, вынесенной паром при сушке материала, и штуцер для продувки материала сжатым воздухом после его сушки.

5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что выход для пароводяной фракции снабжен вентилем, который закрывает выход при продувке материала сжатым воздухом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3