Устройство интенсивной энергосберегающей сушки и термообработки

Изобретение относится к устройствам интенсивной сушки и термической обработки влажных материалов перегретым паром под давлением. Устройство интенсивной энергосберегающей сушки и термообработки содержит газоплотную камеру для перегретого пара под давлением, с запорным устройством ввода влажных масс, с устройством перемещения осушаемого материала в камере, с циркуляцией перегретого пара в устройстве сушки, его подогрева в теплообменнике внешнего обогрева и испарением влаги при непосредственном контакте перегретого пара с влажной массой, с устройством вывода осушенной массы через выгрузное устройство с затвором и отводом части пара, соответствующей испаренной влаге, на греющую сторону разделительного теплообменника, откуда, после отбора тепла на нагрев и испарение чистой воды по нагреваемой стороне для получения рабочего пара на привод турбины, сконденсированный пар влаги выводится на слив. Из тракта сконденсированной влаги материала часть конденсата по дополнительному трубопроводу подводится к насосу, повышающему давление в линии за компрессором существенно выше среднего давления в камере, и эта влага подводится к дополнительному теплообменнику на испарение и перегрев, откуда пар повышенного давления поступает в устройство через систему его распределения в камере на барботаж, или/и создание кипящего или фонтанирующего слоя. Изобретение должно уменьшить затраты механической энергии на обработку влажного материала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Объект изобретения относится к устройствам интенсивной сушки и термической обработки влажных материалов перегретым паром под давлением. В первую очередь, устройство предназначено для сушки биотоплив, лигнита, различных органических отходов, продукции сельскохозяйственного производства и животноводства, при их использовании в энергетике как топлива, с целью повышения его качества, а также при подготовке биотоплив к дальнейшей переработке - пеллетизации (изготовление топливных пеллет), торрефикации (torrеfaction - термообработка до 250°С с приданием топливу гидрофобности), пиролизу и газификации. Интенсивная сушка и термообработка, которые проводятся в газоплотной камере перегретым паром под давлением, существенно выше атмосферного, не создают неконтролируемых атмосферных выбросов, в сравнении с традиционными методами сушки и обработки горючих органических масс, поэтому устройство может быть эффективно использовано также при подготовке к термическому уничтожению антропогенных и других видов отходов.

Уровень техники

Аналогов указанному устройству достаточно много в патентной литературе. Например, патентная заявка [ЕР 1466131 A1 (WO 03/052336 Al), Inventor Christensen, Apparatus for Drying a Particulate Product with Superheated Steam, 2003]. Здесь камера сушки находится под давлением 0,2-0,5 МПа, для ввода материала на сушку (то есть сырья) используются устройства подачи с затвором, например шнек, или шлюз, для вывода осушенного материала - выгружное устройство также с затвором (шнек или шлюз). Пар сушки циркулирует в камере за счет механического побудителя расхода при ворошении влажной массы также механическим приводом. Циркулирующий пар проходит через теплообменник обогрева. Тепло, полученное паром, расходуется на испарение влаги сырья. Осушенная масса выводится. Полученный пар невысоких параметров может быть утилизирован.

Основной недостаток такого рода интенсивных методов сушки - энергетические потери тепла фазового перехода при испарении удаляемой влаги. Обратимся к решениям, в которых энергия пара, испаряемого под давлением существенно выше атмосферного, используется для привода тепловой машины - паровой турбины, или газотурбинной установки, работающей по схеме со впрыском пара (общепринятая аббревиатура этой схемы - STIG), и где дополнительная работа пара в значительной степени компенсирует затраты тепла на сушку. Соответствующие технические решения описаны в [US Patent No.3946495, A. Osdor, 1976], [Батенин В.М. и Ковбасюк В.И. О технологии эффективного использования влажных топлив, Теплофизика высоких температур, т. 53, №3, 2015, с. 475-477] и [Ковбасюк В.И. Энергосберегающая сушка и ее применение, Теплоэнергетика том 62, №9, 2015, с. 673-677]. В последней из указанных работ описано применение разделительного теплообменника для получения чистого пара для турбины за счет энергии пара, генерируемого в камере сушки. Эта работа может рассматриваться в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Проблемой указанных решений является выбор подходящих способов организации наиболее интенсивного процесса сушки в камере, не требующего слишком сложного оборудования и значительных затрат механической энергии. Исходя из опыта традиционной сушки биотоплив для их эффективного использования в связи с тенденцией в мире на снижение выбросов СO2, где в течение последнего десятилетия наивысшую эффективность продемонстрировала технология кипящего слоя, следует обеспечить такого рода режимы и в устройствах сушки с выводом энергии пара на привод турбины (следовало бы считать такой режим энергосберегающим). Однако указанная технология базируется на использовании интенсивной продувки осушаемого материала горячим теплоносителем, что, во-первых, сложно организовать в камере высокого давления на перегретом паре, и во-вторых, такая продувка требует дополнительных затрат энергии.

Раскрытие изобретения

Тем не менее, в конструкцию устройства интенсивной энергосберегающей сушки предлагается внести изменения, позволяющие весьма эффективно реализовать режимы с продувкой влажной массы перегретым паром, такие как барботаж, обработку в кипящем слое или в фонтанирующем режиме в струе пара. При этом принципиально возможно даже уменьшить затраты механической энергии на указанную обработку влажного материала.

Для реализации поставленных целей предлагается:

1. Устройство интенсивной энергосберегающей сушки и термообработки, содержащее газоплотную камеру для перегретого пара под давлением, с запорным устройством ввода влажных масс, с устройством перемещения осушаемого материала в камере, с циркуляцией перегретого пара в устройстве сушки, его подогрева в теплообменнике внешнего обогрева и испарением влаги при непосредственном контакте перегретого пара с влажной массой, с устройством вывода осушенной массы через выгружное устройство с затвором и отводом части пара, соответствующей испаренной влаге, на греющую сторону разделительного теплообменника, откуда, после отбора тепла на нагрев и испарение чистой воды по нагреваемой стороне для получения рабочего пара на привод турбины, сконденсированный пар влаги выводится на слив, с тем отличием устройства сушки, что из тракта сконденсированной влаги материала часть конденсата по дополнительному трубопроводу подводится к насосу, повышающему давление в линии за компрессором существенно выше среднего давления в камере, и эта влага подводится к дополнительному теплообменнику на испарение и перегрев, откуда пар повышенного давления поступает в устройство через систему его распределения в камере на барботаж, или/и создание кипящего или фонтанирующего слоя.

2. Устройство по п. 1, в котором в качестве побудителя циркуляция пара использован паровой эжектор, и в качестве эжектирующего газа к нему подведен указанный в п. 1 пар повышенного давления.

Предложенная схема устройства представлена на фиг. 1. Позиции на фигуре: 1 - ввод материала на сушку; 2 - входной шлюз; 3 - камера сушки; 4 - трубопровод греющего пара сушки; 5 - эжектор циркуляции пара сушки с приводом от пара повышенного давлении. Тепло на подогрев пара сушки и генерирование пара для эжектора поступает из теплообменника внешнего обогрева, с вводом - выводом греющих газов и двумя паровыми секциями. Соответственно, 9 - ввод греющих газов в теплообменник внешнего обогрева, 6 - вывод греющих газов из теплообменника внешнего обогрева; 7 - секция нагрева пара сушки греющими газами; 8 - секция испарения и перегрева пара повышенного давления. Пар повышенного давления - новый признак по отношению к известным системам сушки, включая прототип, поэтому секция 8 характеризуется в качестве дополнительного теплообменника. 10 - линия распределителя пара повышенного давления с соплами ввода в камере сушки; 11 - шнек вывода осушенного материала; 12 - шлюз вывода осушенного материала; 13 - вывод материала после сушки; 14 - насос повышенного давления подачи части конденсата пара на испарение и перегрев; 15 - греющая секция разделительного теплообменника, где происходит охлаждение и конденсация пара влаги из камеры сушки; 16 - устройство слива охлажденного конденсата; 17 - нагреваемая секция разделительного теплообменника - генератор пара тепловой машины; 18 - устройство тепловой машины, использующей пар сушки для получения механической энергии (паровая турбина или смеситель на входе газотурбинной установки при использовании схемы с эжекцией пара в турбину).

Принцип работы устройства

Устройство работает следующим образом. Влажный материал вводится под напором шнеком, либо с помощью шлюза во входную часть камеры сушки. Далее возможны варианты. Если материал на сушку или обработку представлен крупными фрагментами, через слой такого материала осуществляется продувка перегретым паром для первоначальной сушки, после чего облегчается его измельчение, например, щековой дробилкой, непосредственно в этой камере. Если материал, напротив, переувлажнен, перед вводом в камеру его можно смешать с частью ранее осушенной массы, и уже через слой такого комкующегося материала осуществляют барботирование перегретого пара. Достаточно осушенную массу легче измельчать разными методами, в частности до высокой степени дисперсности. Соответствующее устройство также можно разместить в камере. Измельчение делается для того, чтобы малый размер раздробленных частиц способствовал их эффективному прогреву, а высокая удельная поверхность способствовала бы лучшему испарению влаги частиц. Этот «геометрический» фактор удобно использовать как раз при использовании при продувке струй пара высокой температуры, учитывая, что при этом практически не расходуется механическая энергия. Использование струй пара высокого давления позволяет для циркуляции пара сушки в элементах устройства использовать эжекторы вместо механических побудителей расхода. На этом основано создание режима кипящего слоя при сушке или термообработке в данном устройстве. Это основной технический эффект интенсификации от использования такого рода устройства сушки.

Альтернативное использование для создания пара повышенного давления чистой воды, дополнительно вводимой в устройство сушки, снижает риск отложения солей при генерации такого пара, но это дополнительно нагружает систему влагой, которую придется выводить, и ставит проблему получения такой воды.

Возможность осуществления

Рассмотрим несколько характерных инженерных решений реализации такого рода устройств интенсивной энергосберегающей сушки и термообработки.

1. Геометрия камеры сушки и термообработки. Высоким термомеханическим нагрузкам на корпус принципиально лучше противостоит цилиндрическая конструкция, причем для горизонтального ее размещения система ввода пара на барботаж должна располагаться вдоль нижней внутренней ее образующей, при общем потоке пара над влажным материалом в полости цилиндра. Для вертикального расположения ввод барботирующего пара располагают снизу, а также, чтобы сохранить интенсивный теплообмен, через боковые вводы. В линии ввода пара на барботаж может оказаться полезным установить пульсирующий(е) прерыватель(ли) потока, что должно подавлять образование «свищей» и «пузырей», ухудшающих теплоотдачу и, вероятно, уменьшающих необходимость перемешивания материала. Наклон камеры может обеспечить продвижение материала от входа к выходу.

2. Конструкция указанного типа камеры сушки может состоять из нескольких цилиндрических элементов, собранных в последовательные или параллельные звенья, объединенные между собой транспортными участками для перегрузки материала и пара от входа до выхода, притом участки нагрева пара сушки могут быть автономными или объединены, а для транспорта материала могут использоваться шнековые транспортеры.

3. По мере сушки обычно сильно изменяются характеристики материала, и для оптимизации процесса может оказаться полезным включить какой-либо из известных аппаратов дробления/измельчения материала непосредственно в состав одной из секций сушки, имея в виду размещение соответствующего механического привода снаружи.

Промышленная применимость

Реализация изобретения основана на использовании широко известных в технике средств, элементов оборудования и конструкций, при их доступной модернизации. Единственно не затронутый вопрос эксплуатации представленного устройства заключается в процедуре запуска и вывода его на расчетный режим. Очевидно, для этого достаточно обеспечить производство пара при пуске всей системы.

1. Устройство интенсивной энергосберегающей сушки и термообработки, содержащее газоплотную камеру для перегретого пара под давлением, с запорным устройством ввода влажных масс, с устройством перемещения осушаемого материала в камере, с циркуляцией перегретого пара в устройстве сушки, его подогрева в теплообменнике внешнего обогрева и испарением влаги при непосредственном контакте перегретого пара с влажной массой, с устройством вывода осушенной массы через выгружное устройство с затвором и отводом части пара, соответствующей испаренной влаге, на греющую сторону разделительного теплообменника, откуда, после отбора тепла на нагрев и испарение чистой воды по нагреваемой стороне для получения рабочего пара на привод турбины, сконденсированный пар влаги выводится на слив, с тем отличием устройства сушки, что из тракта сконденсированной влаги материала часть конденсата по дополнительному трубопроводу подводится к насосу, повышающему давление в линии за компрессором существенно выше среднего давления в камере, и эта влага подводится к дополнительному теплообменнику на испарение и перегрев, откуда пар повышенного давления поступает в устройство через систему его распределения в камере на барботаж, или/и создание кипящего или фонтанирующего слоя.

2. Устройство по п. 1, в котором в качестве побудителя циркуляции пара использован паровой эжектор и в качестве эжектирующего газа к нему подведен указанный в п. 1 пар повышенного давления.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности. Лесосушильная конденсационная камера содержит теплоизолированный корпус, в котором находятся зона сушки, горизонтальный экран, циркуляционный канал, штабель пиломатериала, осевой вентилятор с обечайкой, калорифер, электродвигатель привода вентилятора.

Изобретение относится к лесному хозяйству, а именно к способам сушки хвойных пород деревьев с целью извлечения из них семян. Способ включает размещение шишек на горизонтальных полках сушильного шкафа в ящиках с перфорированным дном, подачу носителя тепла в зону сушки и удаление влажного воздуха за пределы шкафа.

Изобретение относится к сушке зерна, преимущественно с топками на растительных отходах и может быть использовано в сельском хозяйстве. Способ периодической сушки зерна заключается в том, что зерно загружают, сушат до кондиционной влажности, отключают подачу топлива, разгружают.

Изобретение относится к устройствам для сушки продовольственного, фуражного и семенного зерна колосовых, крупяных, других зерновых культур, а также других сыпучих материалов и может быть использовано при подготовке зерна к хранению в крупных и мелких сельскохозяйственных и зерноперерабатывающих предприятиях, на элеваторах и хлебоприемных пунктах.

Изобретение относится к области сушки материалов растительного происхождения с использованием вакуума, в частности к сушке пищевых продуктов (овощи, фрукты, специи, лекарственные растения) и к оборудованию для ее осуществления.

Изобретение относится к оборудованию для сушки растительной массы путем удаления из нее влаги и предназначено для повышения производительности. Установка комбинированной сушки зеленой растительной массы включает сушильную камеру, выполненную составной из 2-х и более пар модулей СВЧ-нагрева и модулей конвективной сушки, смонтированных поочередно таким образом, что сопрягаемые стенки камеры модуля СВЧ-нагрева и камеры модуля конвективной сушки образуют единый канал, СВЧ-генераторы, нагнетательный вентилятор.

Изобретение относится к устройствам преобразования солнечной энергии в тепловую, в частности к конструкциям сушильного оборудования, которые могут использоваться на частных садовых участках, а также кочевниками в летний период времени и предназначены для сушки плодов ягодных культур.

Изобретение относится к системе сушки при комнатной температуре, в основном содержащей внутреннюю сушильную камеру, внешнюю камеру с перепадом температуры, более чем одну тележку для высушиваемого продукта во внутренней сушильной камере, устройство кондиционирования воздуха, установленное на стенке во внешней камере с перепадом температуры.

Изобретение относится к устройству для термостатирования автомобильных кузовов, прежде всего для сушки автомобильных кузовов с нанесенным покрытием. Устройство для термостатирования автомобильных кузовов, прежде всего для сушки автомобильных кузовов (9) с нанесенным покрытием, включает в себя корпус (2), расположенный в нем термостатирующий туннель (7), по меньшей мере одну размещенную в корпусе (2) отделенную от термостатирующего туннеля (7) посредством стенки (3, 4) нагнетательную полость (5, 6), множество сопел (10, 11) в стенке (3, 4), а также устройство термостатирования воздуха, которое подает термостатированный воздух в нагнетательную полость (5, 6) таким образом, что он может втекать через сопла (10, 11) в термостатирующий туннель (7) и воздействовать на находящийся там автомобильный кузов (9).

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и может быть использовано в сельском хозяйстве, пищевой, фармацевтической и других отраслях народного хозяйства для эффективной сушки продуктов растительного и животного происхождения.

Изобретение относится к области химической промышленности и служит для сушки суспензий и высоковлажных пастообразных материалов. Инертный носитель для сушки суспензий и пастообразных материалов во взвешенном слое выполнен из эластичного полимерного материала с размещенным внутри частиц инерта термобиметаллическим элементом в виде двойного сферического сегмента.

Изобретение относится к технике сушки дисперсных материалов в кипящем слое и может быть применено в анилино-красочной, пищевой, фармацевтической, микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к распылительной сушилке дисперсных материалов в металлургической, химической, пищевой и других отраслях промышленности. Вихревая распылительная сушилка содержит сушильную камеру цилиндрической формы с хордально размещенными соплами для подачи теплоносителя, оси которых расположены по касательной к мнимой окружности, и распылитель, установленный по оси камеры, причем сушильная камера выполнена в виде двух последовательно соединенных цилиндров разного диаметра, меньший из которых составляет 1,0…1,5 диаметра вышеуказанной мнимой окружности.

Изобретение относится к технике сушки растворов, плавов, суспензий и получения гранул различных веществ и может быть использовано в микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к технике сушки дисперсных материалов в кипящем слое и может быть применено в анилино-красочной, пищевой, фармацевтической, микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройству, а также к способу сушки влажного полимерного порошка. Устройство (1) для сушки полимерного порошка содержит входное отверстие (2) и выходное отверстие (3) для полимерного порошка, нагревательный элемент (5), расположенный во внутреннем пространстве (4), трубопровод (7) для нагретого газа (6a) для сушки полимерного порошка, который попадает во внутреннее пространство (4), при этом трубопровод (7) соединен с теплообменником (9) для нагревания газа (6), который, в свою очередь, соединен с устройством для получения 1,2-дихлорэтана (15) и/или для получения винилхлорида из 1,2-дихлорэтана, так что тепловая энергия из устройства для получения 1,2-дихлорэтана (15) и/или для получения винилхлорида применяется для нагревания газа (6).

Изобретение относится к сушильной технике, а более конкретно к сушилкам с активным гидродинамическим режимом, предназначенным для сушки дисперсных растительных материалов с использованием инертных тел, и может найти применение в производстве пищевых продуктов, медицинских препаратов и красителей.

Изобретение относится к процессу сушки влажных мелкозернистых материалов как хорошо сыпучих, так и плохо сыпучих, например мелкозернистого угля перед загрузкой в коксовые батареи, бурого угля, металлургических концентратов (железорудного, никелевых, медно-никелевых, глины, апатитов, нефелинов и т.п.).

Настоящее изобретение относится к сопловой решетке (14) и к способу ее работы. Сопловая решетка (14) для сушилки для сушки твердых частиц содержит по меньшей мере один сегмент (20) сопловой решетки, который имеет множество первых сопел (15a) и множество вторых сопел (15b), при этом первые и вторые сопла распределены по всей поверхности сегмента (20) сопловой решетки, причем псевдоожижающая среда может подаваться в первые и вторые сопла независимо друг от друга.

Изобретение относится к области сушки, а именно к способам сушки стеблевых лубоволокнистых материалов, и позволяет повысить эффективность их подсушки перед механической обработкой на мяльно-трепальном агрегате и снизить энергопотребление сушильного оборудования.

Изобретение относится к системе для сушки угля, которая удаляет влагу, содержащуюся в угле, используемом в качестве топлива для тепловых электростанций, устройство для сушки угля, высушивающее уголь с помощью распыления перегретого пара из перегревателя с кипящим слоем и вторично перегретого пара, образованного во вторичном перегревателе.

Изобретение относится к устройствам интенсивной сушки и термической обработки влажных материалов перегретым паром под давлением. Устройство интенсивной энергосберегающей сушки и термообработки содержит газоплотную камеру для перегретого пара под давлением, с запорным устройством ввода влажных масс, с устройством перемещения осушаемого материала в камере, с циркуляцией перегретого пара в устройстве сушки, его подогрева в теплообменнике внешнего обогрева и испарением влаги при непосредственном контакте перегретого пара с влажной массой, с устройством вывода осушенной массы через выгрузное устройство с затвором и отводом части пара, соответствующей испаренной влаге, на греющую сторону разделительного теплообменника, откуда, после отбора тепла на нагрев и испарение чистой воды по нагреваемой стороне для получения рабочего пара на привод турбины, сконденсированный пар влаги выводится на слив. Из тракта сконденсированной влаги материала часть конденсата по дополнительному трубопроводу подводится к насосу, повышающему давление в линии за компрессором существенно выше среднего давления в камере, и эта влага подводится к дополнительному теплообменнику на испарение и перегрев, откуда пар повышенного давления поступает в устройство через систему его распределения в камере на барботаж, илии создание кипящего или фонтанирующего слоя. Изобретение должно уменьшить затраты механической энергии на обработку влажного материала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх