Способ сушки влажных древесных отходов

Изобретение относится к области промышленной теплоэнергетики и может быть использовано при производстве древесных пеллет в составе энерготехнологического комплекса.

Известен способ сушки в топочно-сушильном агрегате, при котором удаление влаги осуществляется в спиральном газоходе путем регенеративного нагрева продуктами сгорания в горизонтально-вихревом движении, а также рекуперативного противоточного нагрева продуктами сгорания через стенку топки (А.И. Расев Сушка древесины, М.: Высшая школа, 1990, 224 с., рис. 111, с. 96).

Недостаток указанного способа сушки - высокие потери теплоты с продуктами сгорания, содержащими водяные пары и сбрасываемыми в атмосферу без утилизации теплоты.

Известен комплекс для непрерывной термообработки твердых мелких частиц, преимущественно дисперсных древесных материалов, и способы термообработки, реализуемые с помощью данного комплекса. Способы реализуются в режиме пневмотранспорта взвешенных частиц при помощи вентилятора. Поток газообразного теплоносителя и мелких частиц подвергается термической обработке в камере в виде закольцованного канала за счет разности температур на входе в канал 400-700°С и на выходе из него 150°С. Комплекс включает циклон и систему возврата в камеру недосушенных частиц, что повышает качество готового продукта (патент РФ №2596683; F26B 20/00, F26B 17/10, F26B 3/10 от 05.05.2015 г., Б.И. №25, 2015 г.).

Недостаток способа сушки в указанном комплексе - повышенные затраты электричества на привод дутьевого вентилятора.

Известен наиболее близкий к заявляемому изобретению способ порционной сушки угольных частиц в вертикальном осесимметричном двухкамерном устройстве путем ввода частиц сырья в предварительно нагретом воздушном потоке во внешнюю кольцевую камеру, их нагрева в подъемно-опускном циркуляционном движении со стороны внутренней цилиндрической камеры нагретыми дымовыми газами и паром, вывода из частиц влаги в парообразном состоянии и последующего сброса паровоздушного потока в топку котельного агрегата вместе с охлажденными во внутренней цилиндрической камере продуктами сгорания, периодического вывода дегидрированного сырья из внешней камеры, рекуперативного нагрева воздуха в теплоутилизаторе (патент РФ №2499035; C10L 9/00, F27B 7/36, C10L 9/08 от 20.11.2013 г.; Б.И. №32, 2013 г.).

Недостаток указанного способа сушки - повышенные затраты топлива на котельный агрегат из-за периодического сброса смеси паровоздушного потока и дымовых газов в топку.

Техническая результат заявляемого изобретения - обеспечение максимального удаления влаги из частиц древесных отходов при минимальном обгорании частиц.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе сушки влажных древесных отходов в вертикальной осесимметричной двухкамерной установке, включающей периодический тангенциальный ввод частиц рециклингового сырья в предварительно нагретом воздушном потоке во внешнюю кольцевую камеру, их рекуперативный нагрев в подъемно-вихревом циркуляционном движении продуктами сгорания котельного агрегата со стороны внутренней цилиндрической камеры, вывод из частиц влаги в парообразном состоянии и последующий сброс паровоздушного потока в топку котельного агрегата вместе с охлажденными во внутренней цилиндрической камере продуктами сгорания, вывод дегидратированного рециклингового сырья с потоками нагретого во внешней камере воздуха и его охлаждение в теплоутилизаторе, согласно изобретению, нагрев рециклингового сырья во внешней кольцевой камере осуществляют рекуперативно:

при скорости продуктов сгорания котельного агрегата со стороны внутренней цилиндрической камеры, равной:

v_п.c=(0,70-0,75)v_см, м/с, где

v_п.c - скорость продуктов сгорания, м/с;

v_см - скорость вводимой тангенциально во внешнюю кольцевую камеру смеси нагретого воздуха и частиц рециклингового сырья, м/с;

при температуре, равной:

Т_см=(0,45-0,55)Т_п.с, К, где

Т_см - температура смеси нагретого воздуха и рециклингового сырья, К;

Т_п.с - температура продуктов сгорания, К;

причем габариты установки выбирают из соотношения:

H=(1,2-1,4)D, м, где

Н - высота установки сушки, м;

D - диаметр установки сушки, м.

Техническими особенностями работы энерготехнологического комплекса, реализующего заявленный способ, являются соотношения физических параметров теплоносителей и размеров установки сушки влажных древесных отходов. Обозначенный в отличительной части изобретения диапазон скоростей потоков необходим для достижения надежности работы установки и интенсификации теплопередачи рекуперативным способом через стенку внутренней цилиндрической камеры потоку во внешней кольцевой камере.

При скорости v_п.c в подъемно-вихревом циркуляционном движении продуктов сгорания котельного агрегата со стороны внутренней цилиндрической камеры, равной:

v_п.c=(0,70-0,75)v_см, м/с, где

v_п.c - скорость продуктов сгорания, м/с;

v_см - скорость вводимой тангенциально во внешнюю кольцевую камеру смеси нагретого воздуха и частиц рециклингового сырья, м/с;

при температуре, равной:

Т_см=(0,45-0,55)Т_п.с, К, где

Т_см - температура смеси нагретого воздуха и рециклингового сырья, К;

Т_п.с - температура продуктов сгорания, К;

при этом наблюдается максимальная интенсивность теплопередачи, а также высокая надежность работы установки, низкая доля пережога частиц готового продукта. При снижении скорости до v_п.c<0,70v_см, м/с, где

v_п.c - скорость продуктов сгорания, м/с;

v_см - скорость вводимой тангенциально во внешнюю кольцевую камеру смеси нагретого воздуха и частиц рециклингового сырья, м/с;

а также снижении температуры Т_см<0,45Т_п.с, К, где

Т_см - температура смеси нагретого воздуха и рециклингового сырья, К;

Т_п.с - температура продуктов сгорания, К;

а также при уменьшении габаритов установки H<1,2D, м, где

Н - высота установки сушки, м;

D - диаметр установки сушки, м;

резко скачкообразно снижается интенсивность теплопередачи.

При повышении скорости до v_п.c>0,75v_см, м/с, где

v_п.c - скорость продуктов сгорания, м/с;

v_см - скорость вводимой тангенциально во внешнюю кольцевую камеру смеси нагретого воздуха и частиц рециклингового сырья, м/с;

и температуры Т_см>0,55Т_п.с, К, где

Т_см - температура смеси нагретого воздуха и рециклингового сырья, К;

Т_п.с - температура продуктов сгорания, К;

а также при увеличении габаритов установки Н>1,4D, м, где

Н - высота установки сушки, м;

D - диаметр установки сушки, м;

резко снижается надежность установки, увеличивается доля пережога частиц рециклингового сырья и их уноса с паровоздушной смесью.

Энерготехнологический комплекс для реализации заявленного способа сушки представлен на фиг. 1 и фиг. 2.

Так, на фиг. 1 изображена схема энерготехнологического комплекса, состоящего из блока сушки и блока котельного агрегата; на фиг. 2 - вид А (увеличено) на фиг. 1.

На фиг. 1 способ сушки влажных древесных отходов осуществляется в энерготехнологическом комплексе, состоящем из блока сушки 1 и блока котельного агрегата 2. Блок сушки 1 включает бункер-приемник 3 влажных древесных отходов (далее рециклингового сырья) 4, оборудованный системой электрообогрева 5, включающейся в работу только в периоды с температурой окружающей среды ниже 0°С, и имеющий окно выгрузки 6 рециклингового сырья 4 в шнековый питатель 7 с электроприводом 8. Шнековый питатель 7 соединен через окно 9 вывода измельченного рециклингового сырья 10 с окном ввода 11 через шибер 12 предварительно нагретого потока воздуха 13 (см. фиг. 2). Так же блок сушки 1 включает установку 14 сушки измельченного рециклингового сырья 10 в потоке предварительно нагретого воздуха 13, оснащенную окном ввода 15, внутренней цилиндрической 16 и внешней кольцевой камерой 17, а также окном вывода 18 высушенных древесных отходов (далее - дегидратированного рециклингового материала), имеет ось симметрии k; теплоутилизатор 20 соединен через шибер 19 воздуховодом 21 с установкой 14 сушки и предназначен для утилизации теплоты дегидратированного рециклингового материала и нагрева потока атмосферного воздуха 22, нагнетаемого вентилятором 23 в воздушную рубашку 24 теплоутилизатора 20. Готовый продукт 25 выводится из теплоутилизатора 20 на транспортерную ленту 26 через окно 27, затем в экструдер (на фиг. 1, 2 не показан). Блок котельного агрегата 2 содержит паровой котел 28 и систему утилизации теплоты продуктов сгорания, состоящую из первой 29 и второй 30 ступеней экономайзера, первой 31 и второй 32 ступеней воздухоподогревателя, систему рециркуляции продуктов сгорания, состоящую из люка 33 отбора продуктов сгорания 34 из переходного газохода 35 парового котла 28 за пароперегревателем 36, вентилятора 37 и шибера 38. Блок котельного агрегата 2 также содержит систему подачи горячего воздуха 39 через вентилятор 40 и шибер 41 в горелки 42 парового котла 28, систему подачи горячего воздуха 43 вентилятором 44 через шиберы 12 и 45 в блок сушки 1, трубопровод подачи природного газ 46, систему экранных труб 47, барабан котла 48, в атмосферу через дымосос 49 и дымовую трубу 50.

При совместной работе блока сушки 1 и блока котельного агрегата 2 в составе энерготехнологического комплекса реализуется заявленный способ сушки рециклингового сырья.

Способ сушки влажных древесных отходов в вертикальной осесимметричной двухкамерной установке осуществляется путем периодического тангенциального ввода частиц измельченного рециклингового сырья 10 в предварительно нагретом воздушном потоке 13 во внешнюю кольцевую камеру 17, их рекуперативного нагрева в подъемно-вихревом циркуляционном движении 51 (см. фиг. 1) продуктами сгорания 34 котельного агрегата со стороны внутренней цилиндрической камеры 16, вывода из них влаги 52 в парообразном состоянии и последующего сброса паровоздушного потока 53 в топку 54 парового котла 28 вместе с охлажденными во внутренней цилиндрической камере 16 продуктами сгорания 34, вывода дегидратированного рециклингового материала с потоками нагретого во внешней кольцевой камере 17 воздуха и его охлаждения в теплоутилизаторе 20. Для реализации способа нагрев частиц измельченного рециклингового сырья 10 во внешней кольцевой камере 17 осуществляют рекуперативно в подъемно-вихревом циркуляционном движении 51 продуктами сгорания 34 котельного агрегата со стороны внутренней цилиндрической камеры 16 со скоростью v_п.c=(0,70-0,75)v_см, м/с, где

v_п.c - скорость продуктов сгорания 34, м/с;

v_см - скорость вводимой тангенциально во внешнюю кольцевую камеру 17 смеси 55 нагретого воздуха 13 и частиц рециклингового сырья 10, м/с;

при температуре Т_см=(0,45-0,55)Т_п.с, К, где

Т_см - температура смеси нагретого воздуха 13 и рециклингового сырья 10, К;

Т_п.с - температура продуктов сгорания 34, К;

отбираемых из переходного газохода 35 парового котла 28 за пароперегревателем 36, при этом скорость v_см выбирают в зависимости от соотношения высоты Н и диаметра D установки сушки 14: H=(1,2-1,4)D, м, где

Н - высота установки сушки, м;

D - диаметр установки сушки, м.

Периодичность ввода в установку 14 сушки частиц измельченного рециклингового сырья 10 зависит от необходимой степени дегидратации получаемого дегидратированного рециклингового материала и устанавливается технологической и режимной картами работы установки 14 сушки и парового котла 28 соответственно. Технологическая карта увязывает начальные физико-химические характеристики частиц с их размером, температурой и скоростью движения потоков, а режимная карта - расход топлива, коэффициент избытка воздуха в топке 54 парового котла 28 с температурой отбираемых в переходном газоходе 35 продуктов сгорания 34 на рециркуляцию. Принцип работы установки 14 в период прекращения подачи (период нагрева одной порции частиц до необходимой степени дегидратации по технологической карте) частиц измельченного рециклингового сырья 10 сводится к перекрытию шибера 19, временному отключению электропривода 8 шнекового питателя 7 и прекращению загрузки частиц рециклингового сырья 4 в бункер-приемник 3, при этом подача предварительно нагретого воздуха 13 продолжается, и загруженная порция частиц измельченного рециклингового сырья 10 постоянно находится во взвешенном состоянии во внешней кольцевой камере 17. Во избежание уноса мелких частиц дегидратированного рециклингового материала в окнах 56 вывода паровоздушного потока 53 устанавливаются жалюзийные сепараторы 57.

Поток продуктов сгорания 34 системы рециркуляции передает теплоту в количестве (Q_r-Q_охл)⋅η, Дж, где

Q_r - теплота продуктов сгорания 34, отбираемых на рециркуляцию за пароперегревателем 36, Дж;

Q_охл - теплота продуктов сгорания на выходе из внутренней цилиндрической камеры 16, Дж;

η - КПД теплопередачи через стенку внутренней цилиндрической камеры 16;

рекуперативным способом в установку 14 сушки смеси 55 предварительно нагретого воздуха 13 и частиц измельченного рециклингового сырья 10, причем Q_r=Q_п.c⋅r, Дж, где

Q_п.c - теплота продуктов сгорания 34 за пароперегревателем 36, Дж;

r - доля рециркуляции.

Охлажденный поток продуктов сгорания 34 на выходе из внутренней цилиндрической камеры 16 с теплотой Q_охл через окно 58 клапан 59 смешивается с потоком паровоздушной смеси 53 через клапаны 60 из внешней кольцевой камеры 17 с теплотой (Q_г.в+Q_пар), Дж, где

Q_г.в - теплота предварительно нагретого воздушного потока 13, Дж;

Q_пар - теплота парообразования, Дж;

соотношение массовых расходов потоков из внутренней цилиндрической 16 и внешней кольцевой 17 камер регулируется группой клапанов 59, 60; смесь 61 потока продуктов сгорания 34 и потока паровоздушной смеси 53 направляется в горелки 42 парового котла 28 и возвращает в топку 54 теплоту в количестве (Q_охл+Q_г.в+Q_пар). Кроме того, способ включает систему утилизации теплоты блока сушки 1, отличительной особенностью которой является подача в теплоутилизатор 20 потока воздуха 62, нагнетаемого вентилятором 63. Поток воздуха 64, подача которого регулируется шибером 45, отдает часть своей теплоты в воздушной рубашке бункера-приемника 3, остальное количество теплоты утилизируется при охлаждении готового продукта 25 в теплоутилизаторе 20, тем самым достигаются дополнительные показатели эффективности работы всего энерготехнологического комплекса.