ПРИМЕНЕНИЕ ПЕЧЕЙ КИПЯЩЕГО СЛОЯ БОЛЬШОЙ ЕДИНИЧНОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ СУШКИ КОНЦЕНТРАТОВ

О.Л.Черных.,к.т.н. ООО НПФ «ТеплоЭнергоПром»(г. Пермь)

        Ключевые слова: обогатительные фабрики; сушилки кипящего слоя; термоаэроклассификатор; газораспределительная решетка; генератор аэросмеси; струйная термообработка; пятно загрузки.

 

Реферат:  При переходе к сушильным аппаратам производи-тельностью более 150 т/ч по готовому концентрату,  возникает заваливание газораспределительной решетки в месте загрузки. Для аппаратов производительностью более 150 т/ч предложено выполнить подачу исходного материала в сушилку в виде аэросмеси, образуемой при его термообработке компактными  струями горячего газа.  Ссыпающийся по вертикальной шахте исходный влажный концентрат подогревается теплоносителем, подсушивается и аэрируется. Температура теплоносителя в вертикальной шахте генератора аэросмеси на несколько сот градусов выше, чем в подрешетном пространстве. Такой технологический прием обеспечивает стабильность и надежность процесса псевдоожижения высушиваемого концентрата, особенно в период набора кипящего слоя. Подобный технологический прием – струйной термообработки используется и в предложенном термоаэроклассификаторе – устройстве для классификации и сушки углей. Кроме того, струйной термообработке подвергается уголь, движущийся по наклонной газораспределительной решетке.

 

 

Создание аппаратов большой единичной мощности обусловлено необходимостью увеличения производственной мощности, как  отдельных переделов обогатительных фабрик, так и современных фабрик в целом; снижением удельных расходных норм на топливо; снижением расходов на обслуживание и ремонт оборудования. Отделения сушки готового концентрата, как правило,  находятся в конце технологической цепочки процесса обогащения руды. Применительно к сушилкам кипящего слоя, задача увеличения единичной мощности  сушильного аппарата оказалась  трудно решаемой, т.к. такие аппараты трудно масштабируются.

Простота и высокая эффективность аппаратов с кипящим слоем обеспечили их широкое применение для проведения многих гетерогенных процессов: между твердым телом и газом; обжига; каталитических процессов; газификации топлива; сушки и др. За последние годы на практике стал широко применяться метод термической обработки мелкозернистых материалов в псевдоожиженном слое. К таким производственным процессам можно отнести: обжиг известняка и железной руды, цементного клинкера, перлита; активацию углей.

К основным достоинствам данных аппаратов относят: высокие скорости тепло- и массообмена  между сушильным агентом и частицами

твердого высушиваемого материала и возможность осуществления непрерывного крупнотоннажного производства. Достоинством аппаратов с кипящим слоем является их высокая подготовленность к механизации и автоматизации.

Этим аппаратам свойственны и некоторые недостатки:  большой унос мелких фракций; большие размеры и высокая стоимость пылеулавливающих устройств; необходимость в некоторых случаях дополнительного измельчения и подготовки кусковых материалов. Надо также учитывать, что частицы в слое, перемещаясь, сильно истирают соприкасающиеся с ними части аппарата и сами истираются. К недостаткам сушилок кипящего слоя следует отнести: трудность управления процессом (чрезмерное увеличение расхода влажного материала или понижение температуры сушильного агента приводит к слипанию материала, образованию застойных зон в аппарате, препятствующих прохождению газа и повышению гидравлического сопротивления сушильного агрегата).

Аппараты кипящего слоя трудно масштабируются. Наиболее эффективно работают сушилки небольшого размера, крупные сушилки требуют секционирования для равномерного распределения материала на решетке. Однако, недостатки аппаратов с кипящим слоем в большинстве случаев окупаются их достоинствами, что позволяет считать эти аппараты весьма эффективными.

Сушилки кипящего слоя, как правило, обеспечивают произво-дительность по сухому продукту, например флотационному KCl 150-170 т/ч. При этом, площадь газораспределительной решетки составляет 17-26м². Увеличение производительности сушилок кипящего слоя более 200 т/ч, особенно для мелкодисперсных продуктов, содержащих 6-9% влаги, склонных в обводненном состоянии к комкуемости и адгезионнному взаимодействию,  натолкнулось на проблему несовершентства  узла загрузки.    Пятно загрузки на газораспределительной решетке составляет 2-3 м². При увеличении площади решетки даже до 30м², величина  пятна загрузки практически не меняется. В результате, на локальной площади резко уменьшается порозность кипящего слоя, слои влажного материала агрегируются и процесс псевдоожижения на этом участке пропадает. Поступающий в сушильный аппарат относительно влажный продукт не является на 100% сыпучим, что делает невозможным полное псевдоожижение в первой секции сушильного

аппарата. При отсутствии 100%-ного псевдоожижения продукта он начинает слипаться, что впоследствии приводит к образованию комков и/или забиванию газораспределительной решетки  и впускного отверстия для подачи продукта в сушильный аппарат. Введение различных механических устройств: распределителей потока, забрасывателей, введение двух точек загрузки материала в аппарат – незначительно меняют технологию процесса, одномоментное включение в кипящий слой больших масс влажного комкующегося продукта делают этот процесс крайне неустойчивым. Это также проявляется и в период начала загрузки сушилки и набора кипящего слоя. Надежная  эксплуатация традиционных сушилок кипящего слоя при увеличении производительности более 200т/ч мелкодисперсного продукта (со средним размером зерна порядка 0,25мм) не обеспечивается.

         Компания  ТеплоЭнергоПром предлагается техническое решение узла загрузки сушилки кипящего слоя (КС) (рис.1), путем включения в ее конструкцию генераторов аэросмеси (рис.2).

        Предлагаемая сушилка кипящего слоя работает следующим образом.    Теплоноситель вводят в патрубки подвода горячих газов 6 и 8. При этом, в патрубки подвода горячих газов 8 генераторов аэросмеси вводят теплоноситель с большей температурой, чем в подрешетное пространство 9 сушилки КС через патрубок 6. Например, для сушки концентрата KCl  t₁=900^оС, а t₂=600^оС. Такой технологический прием – двухконтактной обработки высушиваемого материала с разной температурой обработки на разных стадиях – известен [1].  Исходный влажный материал подают сверху в генераторы аэросмеси 7. Падающий  материал, находясь во внутренних обечайках 16  генераторов аэросмеси 7, подвергается диспергированию его комочков и агрегатов путем ударного взаимодействия радиальных струй, истекающих из сопел 17. Соударение струй с захватом части аэрируемого влажного материала повторяется по мере его падения. Скорость истечения струй горячего газа из радиальных сопел17 составляет 50-120м/с.  Для  струй горячего газа из хордальных сопел 18 - она такая же. Одновременно с диспергированием влажного материала в указанной зоне радиальных струй происходит нагрев обрабатываемого материала.

 В зоне обработки влажного материала струями, истекающими из хор-дальных сопел 18,  происходит непрерывное обновление поверхности меж-компонетного тепло- и массообмена, процесс сушки протекает значительно интенсивнее, чем в традиционном кипящем слое. Обрабатываемый материал закручивается, продолжает движение по спирально- нисходящей траектории, что обеспечивает увеличение времени его пребывания в зоне интенсивной сушки. При этом, температура горячего газа падает на несколько сот граду-сов (за счет отдачи тепла на нагрев материала и испарение влаги из него). Если исходный влажный материал (например KCl ) имел массовую долю влаги 8%, то покидая генераторы аэросмеси, эта величина уменьшится до     3-4%. Подогретый, диспергированный, частично подсушенный исходный материал в виде аэросмеси и паровой влаги,  поступает в надрешетную часть сушилки кипящего слоя для дальнейшей обработки. Часть подсушенных, наиболее мелких частиц уносится потоком горячего газа в сепарационную зону сушилки КС, а затем через патрубок 3 поступает в систему пыле- газоочистки. Основной поток твердой фазы аэросмеси под действием гравитационной силы попадает на кипящий слой и досушивается топочными газами, создающими кипящий слой на распределительной решетке 2 сушилки КС. Высушиваемый материал движется в кипящем слое к патрубку разгрузки 10, где через переливное отверстие выгружается из сушилки.

 

Рисунок 1. Сушилка кипящего слоя с генераторами аэросмеси

 

 

Рисунок 2.  Конструкция генератора аэросмеси

 

            Для процессов сушки и одновременной классификации углей по границе разделения 0,2-6мм,   компания  предлагается конструкцию термоаэро-классификатора [2], представленную на рисунке 3.

         В корпусе термоаэро-классификатора с патрубками подвода горячего газа (В+t^о), основным и дополнительным патрубками отвода пылегазовой смеси, расположены распределительная решетка ( рис. 4,5) и примыкающие к дополнительному патрубку отвода пылегазовой смеси жалюзийная решетка 11 с пересыпной полкой 12 под ней. Под загрузочным патрубком 27 установлена над местом подачи исходного материала на распределительную решетку 8 вертикальная шахта 18 с соплами 19,22, расположенными ярусами на ее боковой поверхности по высоте, и охватываемая кольцевым газораспределительным коллектором 23. Для увеличения времени пребывания материала в зоне термообработки,  верхний ярус сопел 22 выполнен из двух сопел, установленных диаметрально противоположно друг другу. Внутри вертикальной шахты расположен конический рассекатель 21, обращенный своей вершиной вверх и закрепленный между верхним и вторым ярусами сопел, а на боковой поверхности шахты закреплены наклонные кольца 20. Под жалюзийной решеткой расположена перечистная камера 14 в виде зигзагообразного канала с расширяющимся кверху сечением. Внутри нее закреплены кольцевые элементы 16 с рассекателями потока 17, а нижняя часть ее посредством пневмотранспортирующей трубы 25 соединена с вертикальной шахтой.

 

 

Рисунок 3.  Термоаэроклассификатор

 

 

Рисунок 4. Конструкция газораспределительной решетки

 

 

Рисунок 5. Распределительная решетка (вид с верху)

        

         Вдоль распределительной решетки на боковых стенках корпуса аппарата закреплены напорные камеры 9 с соплами 10 в надрешетном пространстве. Под пересыпной полкой 12 расположен разгрузочный патрубок, состоящий из вертикальной шахты 4 с соплами 5 на ее боковой поверхности и охватываемый кольцевым газораспределительным коллектором 8.

Таким образом, просушиваемый материал многократно попадает в зону струйной термообработки, а крупность классификации материала регули-руется скоростью потока газа в соответствующих сечениях вертикальной шахты и надрешетного пространства.

Представленный термоаэроклассификатор может достигать единичной мощности более 300 т/ч.

 

Заключение.

В статье представлены технические решения для сушки концентратов обогатительных фабрик, сушки и классификации углей  в аппаратах большой единичной мощности. Предложенное оборудование рекомендуется использовать, как для проектирования новых сушильных отделений сушки концентрата, сушки и классификации углей, так и для модернизации существующих. При этом, предлагаемое оборудование изготавливается  на российском предприятии, т.к. разработчики владеют методикой  расчета, производственными мощностями и квалифицированным научно – техническим персоналом.

Черных О.Л. Применение печей кипящего слоя большой единичной мощности для сушки концентратов// Н 340 Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: научн. журнал/Сиб. Гос. Индустриальный университет; под общей ред. В.Н.Фрянова. – Новокузнецк, 2019 - №5, - 533с. С.529-532.

Список литературы:

1. Способ сушки сыпучего материала в кипящем слое.

 А.С. №699299, Б.И. №43,  28.11.1979.

2. Термоаэроклассификатор О.Л.Черных. Патент РФ №2082509.

Б.И. №18, 27.06.1997.