Конструкции сушильных установок

Конвективная сушка осуществляется в барабанных газовых сушилках (сушка материала различной крупности); трубах-сушилках (сушка мелкого материала крупностью до 15 мм); в сушилках с кипящим слоем (сушка мелкого материала крупностью 6–10 мм). При конвективной сушке в качестве теплоносителя и одновременно агента сушки используются горячие дымовые газы от сгорания мазута или природного, доменного и др. газов.

Для контактной сушки используют подовые сушилки, в которых генератором тепла являются электропечь; барабанные трубчатые сушилки. При контактной сушке в качестве теплоносителя используется отработанный пар, тепло от которого передается агенту сушки (воздуху) и материалу через нагретые паром поверхности.

На обогатительных фабриках наибольшее распространение получили сушилки с конвективным способом сушки, работающие на дымовых газах. Паровые сушилки находят ограниченное применение.

Газовые барабанные сушилки широко применяют для сушки продуктов обогащения различной крупности и влажности. Их подразделяют на сушилки с прямым теплообменом, то есть с непосредственным соприкосновением сушимого материала с горячими газами по прямоточной или противоточной схеме движения газов и материала, и на сушилки с косвенным теплообменом, в которых тепло передается от газов сушимому материалу через металлическую стенку. Имеются также сушильные барабаны с комбинированным теплообменом, в которых тепло передается материалу непосредственно через металлическую стенку.

Для сушки концентратов и минерального сырья применяют, как правило, прямоточные барабанные сушилки с прямым теплообменом.

Барабанная сушилка с прямым теплообменом (рис. 5.4) представляет собой установленный наклонно (до 4°) в сторону разгрузки вращающийся барабан, на который надеты два бандажа и зубчатый венец привода. Бандажами барабан опирается на четыре свободно вращающихся ролика, установленных на рамах опорной и опорно-упорной станции. Два упорных ролика, установленных на раме опорно-упорной станции, ограничивают осевое смещение корпуса барабана. Вращение барабану передается от привода, состоящего из электродвигателя, редуктора и приводной шестерни, находящейся в зацеплении с венцовой шестерней.

С одного конца к барабану примыкают топка со смесительной камерой и загрузочное устройство, с другого конца – разгрузочная камера для высушенного материала. На обоих концах барабана устанавливают уплотнения.

Рис. 5.4. Сушильный барабан: а – общий вид; б – лопастная насадка; в – секторная насадка; 1 – бандажи; 2 – барабан; 3 – зубчатый венец; 4 – редуктор; 5 – электродвигатель; 6 – опорные ролики; 7 – насадки

Для равномерного распределения материала по сечению барабана и интенсивного перемешивания его в процессе сушки применяют насадки различной конструкции, в зависимости от диаметра барабана и свойств высушиваемых материалов (крупности, влажности, плотности, сыпучести). Лопасти, закрепленные внутри барабана, захватывают материал, который при низкой частоте вращения барабана (до 7–8 мин^-1), падая тонкими каскадами (струйками), соприкасается влажной поверхностью с горячими газами и высушивается.

Насадки выполняют в виде приемно-винтовых лопастей, подъемно-лопастными, секторными, цепными. Приемно-винтовые лопасти обычно укрепляют в загрузочной части барабана, с их помощью увеличивают скорость перемещения материала и уменьшают время контактирования с дымовыми газами. Иногда винтовые лопасти укрепляют на разгрузочном конце барабана. Подъемно-лопастную систему насадок применяют для сушки крупнокусковых материалов, обладающих значительной плотностью. Насадки остальных типов применяют при сушке мелкозернистых материалов, способных к слипанию и пылеобразованию. По длине барабана может быть установлено несколько типов насадок.

Для уменьшения налипания материала на внутренние устройства барабана по всей его длине вдоль периферических лопастей навешивают гирлянды цепей. Насадки, выполненные полностью из цепей, используют при сушке флотационных угольных концентратов.

Дымовые газы с температурой 600–900°C поступают в сушильный барабан в виде газовоздушной смеси и проходят вдоль барабана в разгрузочную камеру, откуда вентилятором подаются в очистные устройства, а затем выбрасываются в атмосферу или частично направляются снова в процесс.

При вращении барабана материал постепенно перемещается к разгрузочной камере. Сушильный агент движется в барабане под действием разрежения, создаваемого дымососом.

Сушильные барабаны выпускают диаметром 1–2,2 м, длиной 4–16 м и диаметром 2,5–3,5 м, длиной 14–27 м. Имеются также сушильные барабаны диаметром 4; 4,5 м и длиной 28–35 м.

Для уменьшения потерь тепла наружную поверхность барабана покрывают кожухом из листовой стали, заполненным теплоизолирующим материалом. При этом температура наружной стенки не должна превышать 40°C. На концах сушильного барабана устанавливают уплотнительные устройства с целью предотвращения подсосов воздуха.

Степень заполнения объема барабана в среднем составляет 10–12%, время пребывания материала в барабане от 15 до 40 мин, в зависимости от его начальной и конечной влажности.

Достоинства газовых барабанных сушилок: высокая надежность в работе; применимость для сушки продуктов широкого диапазона крупности – от тонкоизмельченных концентратов до кускового материала; сушка продуктов при высоких температурах нагретых газов. Недостатки: большие габаритные размеры и значительная металлоемкость; низкое напряжение объема барабана по испаряемой влаге; в процессе сушки только 15–25% полезного объема занято сушимым материалом.

Сушильная установка

В схему компоновки барабанной сушилки обязательно входят топочные устройства, пылеулавливающее оборудование и дымососная установка. Сушильная установка с барабанной сушилкой показана на рис. 5.5. Влажный материал из бункера питателем подается на наклонную течку, по которой поступает в барабан сушилки. Высушенный материал поступает в разгрузочную камеру и далее на расположенные ниже скребковые конвейеры. Движение дымовых газов через барабан, разгрузочную камеру, циклон обеспечивается вентилятором–дымососом. Отработанные газы через циклон и мокрый пылеуловитель выбрасываются по трубе в атмосферу.

Образование газовоздушной смеси происходит в топке. В сушильной установке на рис. 5.5 топливо сгорает на цепной решетке, а для разжигания топки служит растопочная труба. Горение топлива поддерживается дутьевым вентилятором.

Рис. 5. 5. Сушильная установка с барабанной сушилкой:
1 – бункер; 2 – сушильный барабан; 3 – разгрузочная камера; 4 – циклон; 5 – труба;
6 – вентилятор (дымосос); 7 – привод барабана; 8 – топка; 9 – цепная решетка;
10 – дутьевой вентилятор; 11 – растопочная труба

Работа барабанной сушилки в значительной мере определяется системой пылеулавливания и ее дымососной установкой. Большинство сушильных установок оборудовано одноступенчатой системой пылеулавливания, в которой чаще всего используют циклоны или мокрые пылеуловители (скрубберы, пенные фильтры и др.), а иногда – электрофильтры или рукавные фильтры. Однако эти системы часто не обеспечивают требуемую санитарными нормами степень очистки выхлопных газов. Некоторые сушилки оборудованы двухступенчатыми системами, состоящими из циклона и скруббера ВТИ.

Газовые трубы-сушилкипредназначены для сушки мелких влагоемких продуктов обогащения, главным образом угольных концентратов: гравитационных (класс 13–0 мм), флотационных (класс 1–0 мм) и шламов (класс 3–0 мм). Эти продукты поступают на сушку чаще всего в смеси в различных соотношениях. Влажность концентратов после сушки 5–10%.

Трубы-сушилки применяют при сушке рудных концентратов, например, для окончательной сушки медной шихты до влажности 0–1% после ее предварительной подсушки до влажности 5–8% в барабанных прямоточных сушилках.

Трубы-сушилки применяют также для сушки солей с начальной влажностью 4–8% до конечной влажности 0,1–0,6%.

Основа конструкции трубы-сушилки (рис. 5.6) – вертикально установленная труба, через которую пропускают горячие дымовые газы. Сушимый материал взвешивается в потоке газов, подвергаясь интенсивной сушке, и этим же потоком выносится из трубы.

Рис. 5.6. Конструктивные схемы труб-сушилок:
1 – устройство подачи горячих газов; 2 – компенсатор;
3 – загрузочное устройство; 4 – труба; 5 – циклон; 6 – сепаратор

Длина рабочего участка трубы-сушилки составляет 15–25 м, высота загрузки 2,5–6 м, диаметр трубы 800–1500 мм. Для увеличения срока службы рабочий участок трубы изготовляют из нержавеющей стали с толщиной стенки 6–8 мм. Нижнюю часть трубы футеруют изнутри огнеупорным кирпичом. Для восприятия температурных перепадов по длине сушилки предусмотрены компенсаторы.

Материал в горячем газовом потоке (700–750°C) сушится практически мгновенно. Материал находится в контакте с горячими газами около 0,5 с, а во всей системе – около 5 с. Удельное влагонапряжение труб-сушилок в 8–10 раз больше сушильных барабанов.

Высушенный материал поступает в циклон или сепаратор, в котором твердая фаза отделяется от газообразной. Отработанные газы из циклона или гравитационного аппарата поступают на вторую стадию их очистки.

Скорость газов на выходе из сушилки поддерживается в пределах 30–40 м/с. Температура газов на выходе из сушилки 90–130°C.

Преимущества сушки материалов во взвешенном состоянии: простота конструкции сушилки; сравнительно невысокие капитальные затраты; большая скорость сушки, обусловленная интенсивной передачей тепла от газов к взвешенным частицам материала. Вместе с тем скорость движения газов должна быть в 1,25–1,5 раз больше скорости витания наиболее крупных частиц, а на это требуются большие затраты энергии.

Сушильная установка

Схемы компоновки сушилок разнообразны, они определяются формой и размерами труб-сушилок, типами топок и размерами дымососов. В схеме компоновки трубы-сушилки на рис. 5.7 исходный материал из бункера питателем забрасывается в трубу, по которой транспортируется горячими газами вверх и разгружается в циклоне. Цепные питатели-забрасыватели обеспечивают разрыхление подаваемого материала и равномерное распределение его по всему сечению трубы-сушилки. Горячие газы засасываются из топки при помощи вентилятора-дымососа через нижний конец трубы-сушилки. Частицы материала при своем движении в потоке горячего газа (воздуха) высушиваются, улавливаются в циклоне или сепараторе и разгружаются через разгрузочные устройства на конвейер. Отработанные газы после дополнительной очистки в батарейном пылеуловителе или мокром пылеуловителе, а иногда и в электрофильтре, выбрасываются в атмосферу. Пыль, уловленная в батарейном пылеуловителе, также разгружается на ленточный конвейер с высушенным материалом.

Твердое топливо сжигается в топке, в которую оно поступает из бункера. Воздух в топку подают дутьевым вентилятором.

При сушке в трубе-сушилке часть материала иногда падает в нижнюю часть сушилки (провал) и выводится через специальный затвор. Для уменьшения прососов воздуха через провальную часть сушилки ее герметизируют с помощью установки в нижней части трубы шнековых затворов, мигалок, скребковых питателей, шлюзовых гидрозатворов.

Рис. 5.7. Схема сушильной установки с трубой-сушилкой: 1 – питатель-забрасыватель; 2 – труба-сушилка; 3 – циклон; 4 – батарейный пылеуловитель; 5 – скруббер; 6 – разгрузочные устройства; 7 – вентилятор-дымосос; 8 – топка; 9 – дутьевой вентилятор; 10 – затвор

На всех высокопроизводительных трубах-сушилках обеспечивается высокая надежность пневмотранспорта материала в сушильной трубе благодаря увеличению начальной скорости газов до 50 м/с при температуре 850–950°C.

Сушка в кипящем слое применяется для углей крупностью до 50 мм и мелкозернистых рудных материалов равномерной крупности. Сушилка кипящего слоя (рис. 5.8) представляет собой шахту, разделенную по высоте газораспределительной решеткой 2 на две камеры: верхнюю – сушильную 4 и нижнюю – топливно-смеси­тель­ную 1. В нижнюю камеру под давлением поступают газы из топки и распределяются по всему сечению сушильной камеры. Верхняя камера является зоной кипящего слоя. Сушимый материал подается сверху из бункера питателем 3. Высушенный материал разгружается через патрубок 5 над решеткой, высоту расположения которого над решеткой можно регулировать. Отработанные газы вместе с испаренной влагой направляются в пылеуловители.

Газораспределительные решетки сушилок кипящего слоя собирают из отдельных перфорированных секторов из нержавеющей стали (до 8 штук с отверстиями размером 6–8 мм).

Процесс сушки в сушилке кипящего слоя заключается в продувке газа через слой материала, находящегося на газораспределительной решетке, со скоростью, приводящей частицы в беспорядочное движение в поднятом слое материала. Газ-тепло­носитель хорошо контактирует с сушимым материалом. В результате создается псевдоожиженный или "кипящий" слой материала на решетке высотой 0,3–0,5 м и материал "течет" по решетке от загрузочного устройства сушилки к разгрузочному.

Рис. 5.8. Сушилка кипящего слоя

Взвешенное состояние частиц в потоке горячего газа обеспечивает эффективное испарение влаги с их поверхности. Горячие газы – сушильный агент – засасываются из топки вентилятором-дымососом. В зависимости от возрастания скорости прохождения потока газов через слой материала различают три состояния псевдоожиженного слоя: кипящий, взвешенный и фонтанирующий (вихревой). Соответственно изменяется высота слоя. Горячие газы подаются в нижнюю камеру по воздуховоду от топки сжигания, работающей на жидком или газообразном топливе.

В отличие от процесса сушки в трубах-сушилках, продолжительность сушки в кипящем слое значительно увеличивается и регулируется в широких пределах, что дает возможность высушивать материалы различной влагоемкости с более полным удалением влаги.

Расход электроэнергии в сушилках кипящего слоя достигает 1,8 кВт·ч на испарение 1 кг влаги, что намного больше, чем в трубах-сушилках.

Сушилки кипящего слоя применяют также для сушки ильменитовых, полевошпатовых, ртутно-сурьмяных и др. концентратов.

Достоинствами сушилок кипящего слоя являются высокая интенсивность сушки и возможность регулирования времени пребывания материала в сушилке с получением материала влажностью 0,5–8%. Недостатки: значительный расход электроэнергии для создания высоких давлений сушильного агента.

Сушильная установка

Сушильная установка для сушки газами в кипящем слое (рис. 5.9) состоит из топки, оборудованной дутьевым вентилятором, сушилки с питателем-забрасывателем, циклонов и вентилятора-дымососа. В топке сжигаются горючие газы; воздух для их горения и понижения температуры сушильного агента подается по двум воздухопроводам. В камеру смешения подаются частично отработанные газы.

Влажный материал подается в сушилку с помощью питателя-забрасывателя и попадает на решетку в сушильной камере, через которую просасываются горячие газы – сушильный агент, засасываемые из топки вентилятором-дымососом.

Высушенные на решетке более крупные частицы материала удаляются из сушилки на конвейер по рукаву, расположенному над слоем материала, а мелкие частицы выносятся из слоя потоком газов, отделяются в батарее циклонов и разгружаются на тот же конвейер. Окончательно отработанные газы очищаются в сухом и мокром пылеуловителях и направляются в атмосферу.

Рис. 5.9. Схема компоновки сушилки кипящего слоя: 1 – распределительная решетка; 2 – сушильная камера; 3 – забрасыватель; 4 –редуктор забрасывателя; 5 – циклоны; 6 – дымосос; 7 – дутьевой вентилятор; 8 – воздухопроводы; 9 – горелка; 10 – топка; 11 – ленточный конвейер

Схема компоновки сушилки кипящего слоя для сушки калийных солей показана на рис. 5.10.

При сушке калийной соли крупностью –1 мм с начальной влажностью 6–7,5% конечная влажность продукта – 0,3–0,5%. Температура газа начальная 650°C, на выходе из сушилки – 110–120°C. Производительность сушилки 95–120 т/ч по исходному продукту. Высота кипящего слоя материала над решеткой составляет 800–1000 мм, длительность витания частиц в слое 14–15 с.

Дымовые газы проходят две стадии сухой очистки в модернизированных циклонах, одну стадию мокрой очистки в трубе Вентури и направляются в атмосферу.

Все вышерассмотренные установки предназначены для сушки концентратов после фильтрования. Одним из возможных методов интенсификации процесса обезвоживания является использование распылительных сушилок для сушки пульп после их сгущения, что исключает фильтрование. Основной частью распылительных сушилок (рис. 5.11) является камера, в которой механическими или пневматическими форсунками или быстровращающимися дисками осуществляется распыление материала. Сгущенная суспензия поступает в расходный бак, откуда насосом перекачивается в распылительное устройство. Пульпа, диспергированная распылительным устройством, вводится в сушильную камеру во взвешенном состоянии, где контактирует с горячими газами. Влага начинает испаряться в верхней части камеры, затем газ и сушимый продукт опускаются вниз. Высушенный продукт собирается в нижней части камеры, из которой через затвор поступает в сборный трубопровод. Камера снабжается системами подвода и отвода сушильного агента и системой разгрузки высушенного материала. Обычно распылительные сушилки оборудуют двухступенчатыми системами пылеулавливания, первой ступенью которых является циклон.

Рис. 5.10. Сушильная установка для сушки калийных солей: 1 – бункер; 2 – питатель; 3 – дымосос; 4 – батарейный циклон; 5 – циклон; 6 – сушилка кипящего слоя; 7 – топка; 8 – вентилятор

Продолжительность сушки в распылительных сушилках не превышает 30 с.

На зарубежных обогатительных фабриках распылительные сушилки нашли применение для некоторых концентратов цветных металлов: медных, молибденовых, никелевых и др.

Флотационный медный концентрат предварительно сгущают до влажности 30%, после перемешивания насосом подают в расходный бак распылительной сушилки. Пульпа распыляется диском при его окружной скорости 90 м/с. Начальная температура сушильного агента (дымовых газов) составляет 760°C, конечная – 70–110°C. Отработанные газы проходят пылеочистку в циклонах. Влажность высушенного концентрата составляет доли процента.

Рис. 5.11. Схема распылительной сушилки: 1 – расходный бак; 2 – насос; 3 – распылительное устройство; 4 – камера; 5 – циклон; 6 – затвор

Паровые барабанные трубчатые сушилки предназначены для сушки мелких продуктов обогащения крупностью до 6 мм и углей на брикетных фабриках. Они применяются в тех случаях, когда имеется дешевый отработанный пар, а также важно избежать загрязнения концентрата при сушке и уменьшить его потери в пыли, например, на графитовых фабриках, в химической промышленности для сушки кристаллических материалов.

Паровая трубчатая сушилка (рис. 5.12) представляет собой барабан 5 с двумя торцовыми днищами. Барабан устанавливается под углом от 8 до 15° в зависимости от сушимого материала и требуемой длительности сушки. Осью вращения барабана является центральная паровая труба с двумя пустотелыми цапфами 2 и 9, установленными в подшипниках. Вращение барабану передается при помощи зубчатого венца 4 на барабане, который находится в зацеплении с зубчатой шестерней, получающей вращение от электродвигателя 12 через редуктор. Паровая труба и цапфы склепаны с торцовыми днищами барабана.

В торцевых днищах укреплены обогреваемые паром сушильные трубки 6, в которые при помощи специального питательного приспособления 3 вводится сушимый материал, перемещающийся при вращении барабана по наклону к его разгрузочной стороне. Параллельно с сушимым материалом по сушильным трубкам движется нагреваемый трубками воздух, который воспринимает испаряемую из угля влагу и выходит из сушилки через трубку для паровоздушной смеси. Пар для обогрева трубок поступает по паропроводу 1, вводится через переднюю цапфу в центральную трубу 11 и через имеющиеся в ней отверстия попадает в полость барабана между трубками. Соприкасаясь с наружными стенками трубок, внутри которых проходит сушимый материал, пар отдает свое тепло и конденсируется. Образующийся в барабане конденсат собирается в сборник конденсата, расположенный у задней торцовой части барабана, и U-образными конденсатными трубками 8 отводится через цапфу 9 в спускную трубу 10. Таким образом, в паровых трубчатых сушилках сушимый материал и агент сушки (воздух) движутся по сушильным трубкам, а теплоноситель – пар – в межтрубном пространстве. При перемещении по нагретым трубкам материал высушивается, а влага поглощается воздухом, циркулирующим вместе с материалом. Высушенный материал высыпается из трубок в разгрузочную камеру 7.

Рис. 5.12. Паровая трубчатая сушилка

Питательное устройство сушильных трубок представляет собой загрузочный рукав с расположенными в нем наклонными полками, по которым сушимый материал загружается в трубки. Для улучшения загрузки трубок и устранения возможной закупорки их сушимым материалом иногда применяются устройства для загрузки материала при помощи сжатого воздуха. Очистка паро-воздушной смеси, выходящей из сушилки, производится в электрофильтрах.

При сушке используется сухой насыщенный пар с давлением 0,35–0,4 МПа. Длина барабана 8 м, диаметр – 3, 4, 5 м. Число трубок, в зависимости от размеров барабана, может быть 600, 876, 1581.

При сушке бурых углей крупностью 6–0 мм в паровых трубчатых сушилках влажность высушенного угля составляет 20–22% при влажности сырого угля 50–60%. Продолжительность сушки 20–25 мин.

Для сушки асбестовых руд перед обогащением применяют шахтные сушилки. Сушилка представляет собой вертикальную шахту высотой 16–18 м, в которую сверху подают влажную руду, а навстречу противотоком движутся горячие дымовые газы. Руда пересыпается по колосникам, которые укреплены по высоте шахты, высушивается и отводится из сушилки по наклонному лотку в нижней части сушилки. К преимуществам сушилки можно отнести простоту конструкции, отсутствие вращающихся частей, удобство обслуживания и ремонта.

Помимо указанных сушилок на ряде фабрик для сушки концентратов, получаемых в небольших количествах, используют шнековые сушилки с электронагревом, а также барабанные сушилки с косвенным нагревом. Такие сушилки используют для оловянных и молибденовых концентратов.