Лекция 9. Сушилки для строительных материалов (2 часа)
9.1. Шахтные и газослоевые сушилки
При подготовке к дальнейшему использованию сыпучих и кусковых строительных материалов широкое распространение получили шахтные сушилки с неподвижным, кипящим, виброкипящим и взвешенным слоем.
Шахтные сушилки с неподвижным слоем используются для обработки больших объемов материала невысокого качества. Из-за низкого уровня механизации процесса и невысокой удельной производительности сушилки этих модификаций в настоящее время практически не применяются. В механизированных вариантах шахтных сушилок использован принцип противотока:
материал пересыпается по наклонным лопастям (решеткам) или падает вниз навстречу потоку горячих газов, предварительно прошедших через слой материала, лежащего на подовых решетках (или тарелках). Скорость движения газов невысока, а динамическое давление газов меньше силы тяжести неподвижного слоя материала. Газы фильтруются по пустотам и каналам между кусками материала, проходя там, где толщина слоя и его сопротивление меньше; в более толстых участках слоя материал не высушивается.
Более интенсивная и равномерная сушка происходит в установках кипящего слоя. При повышении скорости движения сушильного агента динамическое давление потока газа возрастает, приближаясь по значению к давлению слоя материала. Частицы материала при этом начинают перемещаться в пределах слоя. Объем, занимаемый материалом, увеличивается, а слой становится псевдоожиженным. При дальнейшем увеличении скорости сушильного агента сначала отдельные, наиболее легкие, частицы материала начинают взлетать над поверхностью слоя, затем наступает «кипение» всей/слоя. Частицы материала практически теряют контакт друг с другом и свободно перемещаются под давлением потока газа в пределах слоя. Продолжая увеличивать скорость газа, достигают критической скорости (скорости витания), при которой весь материал находится во взвешенном состоянии, удерживаясь в объеме установки силами динамического давления потока газа. При этом частицы материала, потерявшие влагу, становятся легче, захватываются потоком газа и уносятся, причем расстояние транспортирования зависит от размеров частицы.
Рис. 9.1. Схемы сушилок:
а–с кипящим слоем; б – распылительной
Схема простейшей сушильной установки для сушки материалов в кипящем слое представлена на рис.9.1, а. Сжигая топливо в топке и смешивая дымовые газы с воздухом, получают сушильный агент, подаваемый вентилятором под решетку с материалом. Газы, проходя через решетку и слой материала, захватывают высушенные мелкие фракции и транспортируют их в пылеосадительные камеры и циклоны, в которых фракции обеспыливаются, а газы охлажденными выбрасываются в атмосферу. Материал из загрузочного бункера подают в сушилку, перемещают по решетке и выгружают на шнековый транспортер. Таким же образом выгружают материал из пылеосадительных камер и циклонов.
В установках данного типа высота слоя зависит от размеров частиц материала и давления, создаваемого вентилятором, и составляет 200...700 мм. Температура газов на входе в установку 300...400 "С, температура отходящих газов 100... 125 °С, удельный расход теплоты 5000...6000 кДж/кг испаренной влаги.
Рис. 9.2. Схема трехъярусной сушилки с кипящим слоем:
1,2– подача воздуха и топлива; 3 – топка; 4 – сушильная камера! 6 – решетки: S – питатель подачи материала; 7 – циклоны; 8 ~ отсасывающий вентилятор; 9 – конвейер готовой продукции
Так как температура отходящих газов невелика, но превышает температуру высушенного материала, для повышения эффективности и экономичности установок целесообразно высушиваемый материал располагать в несколько ярусов по ходу потока газов (рис. 9.2). Вентилятором 1 воздух подают в топку 3, а также смесительную камеру для смешивания с дымовыми газами до нужных параметров. Сушильный агент подают в камеру, где он последовательно проходит через три яруса, отдавая теплоту на испарение влаги. Отверстия в решетке меньше размеров частиц, поэтому материал с нижнего яруса не проходит на верхний, а с верхнего – небольшой унос из-за высокой влажности материала. Материал, загружаемый через питатель 6, проходит по трем зонам сушки, и после обработки конвейером подается на склад готовой продукции. В установках многозонной сушки удельные расходы ниже и составляют 3500... 5000 кДж/кг испаренной влаги, соответственно ниже и температуры уходящих газов – 60...80 °С.
В сушильных установках кипящего слоя создается высокое объемное напряжение по влаге [150... 250 кг/(м3 • ч)], влажность материала быстро, за несколько минут, падает с 20...25 % до 0,1 %.
Однако в сушилках подобных конструкций для создания кипящего слоя сушильный агент необходимо подавать с большой скоростью и для этого требуется установка высоконапорных вентиляторов. Если же решетку с материалом подвергнуть вибрации, то аэродинамическое сопротивление слоя значительно уменьшается, что дает возможность существенно снизить напор вентилятора. Сушилки с виброкипящим слоем имеют практически одинаковые с другими установками кипящего слоя показатели по расходу теплоты, объемному напряжению, температурам, однако расход электроэнергии значительно ниже.
Удельный расход теплоты 5000...6000 кДж/кг испаренной влаги при перепадах температур газа в сушилке 750...850 °С; производительность 2000...2500 кг испаренной влаги в час.