Камерные сушильные установки с псевдоожиженнымслоем предназначаются для сушки мелкозернистых материалов: песка, угля, известняка, минеральных и органических солей, зерна, а также для сушки комкующихся материалов: сульфата аммония, некоторых полимеров, волокнистых и пастообразных веществ. В аппаратах подобного типа можно производить и выпаривание растворов, расплавов и суспензий.
Несмотря на большое разнообразие материалов, подвергающихся сушке в псевдоожиженном слое, схемы и конструкции сушильных аппаратов мало отличаются друг от друга. Изменяются лишь способы подачи материала и в некоторых случаях конструкции рабочих решеток. Наибольшее распространение получили аппараты непрерывного действия, у них меньше удельный расход топлива, выше к. п. д., полностью используется рабочее пространство сушильной камеры. В производственных условиях предпочтение отдается однокамерным аппаратам, которые по сравнению с многокамерными проще в изготовлении, эксплуатации и организации автоматического управления. Однокамерные сушилки имеют более высокие технико-экономические показатели и занимают меньшую площадь, чем, например, барабанные и многокамерные.
Аппараты с псевдоожиженным слоем пригодны для сушки материалов в среде газов как с умеренной (200 – 300 °С), так и с высокой (1000 °С) температурой. Однако температура сушильного агента и особенно поверхности решетки должна быть ниже температуры размягчения обрабатываемого материала. Некоторые конструкции аппарата предусматривают охлаждение решетки. При сушке зернистого материала не допускается сжигание топлива в псевдоожиженном слое вследствие высокой температуры слоя, больших потерь теплоты с отходящими газами и перегрева, а возможно и изменения свойств материала.
На рисунке 10 изображена сушильная камера, предназначенная для сушки песка в псевдоожиженном слое на беспровальной решетке типа изображенных на рис. 10, а или 10, б. Она работает на смеси продуктов сгорания газообразного или жидкого топлива с воздухом при температуре 500 – 800 °С и избыточном давлении (4 ÷ 5)·103 Па. Основные узлы и элементы камеры перечислены в подрисуночной подписи. К вспомогательному оборудованию, не отмеченному на рис. 10, относятся: приспособление для отсеивания крупных фракций и камней, бункер и питатели сырого песка, устройство (чаще всего ленточный транспортер) для удаления сухого песка, сухая и мокрая системы очистки выброса парогазовой смеси, воздухо- и газопроводы, приборы теплового контроля и автоматического регулирования процесса сушки. Для обеспечения герметичности установки внешняя оболочка цилиндрической или прямоугольной топки, камеры смешения и зоны сушки изготовлены из листовой стали, сваренной сплошным швом. Внутренние части топки и камеры смешения выполнены из огнеупорного, а затем диатомового кирпича.
Рис. 10 – Камера для сушки песка в псевдоожиженном слое на беспровальной решетке: а – решетка с колпачковым распределительным устройством; б – решетка с сегментным распределением сушильного агента; 1 – камера смешения; 2 – бункер сухого песка; 3 – решетка для охлаждения песка; 4 – отвод парогазовой смеси; 5 – подача сырого песка; 6, 6′ – направляющий конус из лепестков; 7 – зона сушки; 8 – рабочая решетка; 9 – регулируемый подвод вторичного воздуха; 10 – топочная камера; 11 – горелка; 12 – первичный воздух
Характерной особенностью этой установки является система охлаждения высушенного песка. Высушенный песок в основной зоне сушки (7) поступает в зону второго псевдоожиженного слоя, который создается на решетке (3) путем продувания сквозь ее живое сечение холодного воздуха. В этот же слой осуществляется дозированная подача сырого песка через патрубок (5) и направляющие лопасти (6′). Совмещение двух операций способствует не только интенсивному охлаждению сухого песка до 40 – 60 °С, но и дополнительной сушке сырого песка. Колпачки для беспровальных решеток выполняются литыми или сварными с центральным каналом в стволе и боковыми наклонными отверстиями в верхней части. Угол наклона верхних каналов выбирают из условия исключения провала зернистого материала при неподвижном слое. Обычно предусматривается шахматное расположение и жесткое закрепление колпачков в полотне решетки развальцовкой, сваркой или натяжными гайками. Вариант на рис. 10, б более прост в изготовлении, но в то же время в меньшей степени удовлетворяет условию «беспровальности». В этом варианте конструкции к решетке привариваются полуцилиндрические каналы с отверстиями в нижней части. Подвод газа к каналам осуществляется через отверстия в решетке. К недостаткам сушилок с беспровальной решеткой следует отнести периодическую очистку их от крупных фракций, камней и других примесей.
На рисунке 11 изображен другой вариант аппарата с псевдоожиженным слоем, разработанный ВНИПИ-«Теплопроект», условное название которого «Ромашка», производительностью 3 – 6 т/ч. Несущая стальная сварная решетка состоит из центрального коллектора для подвода газа, заканчивающегося на уровне псевдоожиженного слоя глухим конусом, и расходящихся от него конусообразных лучей с отверстиями в нижней части. Рабочая решетка и конус газового коллектора ограждаются расходящимся цилиндрическим кожухом, высота которого соответствует высоте псевдоожиженного слоя. Таким образом, организуется своеобразная форма кольцевого расширяющегося слоя, который более устойчив при некоторых отклонениях от оптимального режима псевдоожижения. Крупные фракции и камни проваливаются между металлическими лучами решетки в бункер, откуда периодически удаляются без остановки сушилки.
Рис. 11 – Камера для сушки песка псевдоожиженном слое на решетке типа «Ромашка»: 1 – горелка, работающая с переменным избытком воздуха; 2 – подача газообразного топлива; 3 – подача воздуха; 4 – трубчатая решетка для охлаждения песка; 5 – распределительная решетка типа «Ромашка»; 6 – зона сушки; 7 – бункер сырого песка; 8 – привод питателя; 9 – выход парогазовой смеси; 10 – тарельчатый питатель; 11 – направляющие лопасти; 12 – конус; 13 – тарельчатый питатель для выгрузки крупных фракций; 14 – устройство для выгрузки сухого песка
Вокруг кожуха на уровне распределительной решетки (5) расположена секторная трубчатая решетка (4) для охлаждения песка.
Через перфорированные трубы продувается вентилятором или просасывается благодаря разрежению в камере атмосферный воздух. На решетку (5) при помощи направляющих лопастей (11) подается определенное количество сырого песка. В создаваемом на этой решетке псевдоожиженном слое происходят тепломассообменные процессы с одновременным охлаждением песка и испарением влаги из сырого материала. Кроме перечисленных в подрисуночной подписи узлов, эта установка оснащается таким же вспомогательным оборудованием, как и сушилка первого варианта (см. рис. 10).
Следует отметить оригинальность узла сжигания топлива и смешения продуктов сгорания с воздухом, в котором совмещаются обе эти операции. Этот узел 1, 2, 3 (см. рис. 11) называется горелкой с переменным избытком воздуха (ПИВ), разработанной институтом ВНИИпромгаз, в которой возможно изменять коэффициент избытка воздуха α от 1 до 6. Такая горелка позволяет отказаться от сооружения дорогостоящих громоздких топок и камер смешения, футерованных огнеупорным кирпичом.
Удельный расход теплоты в сушилках с псевдоожиженным слоем q = 3700 ÷ 4500 кДж/кг влаги; топлива – b = 0,127 ÷ 0,160 кг у. т./кг влаги; электроэнергии Δ N = 0,05 ÷ 0,08 кВт/кг влаги.
Сушильная установка, работающая по системе пневмотранспорт или труба-сушилка, применяется для сушки быстро сохнущих мелкозернистых и мелковолокнистых материалов. Для создания такой системы необходимо, чтобы скорость потока в вертикально или наклонно расположенной трубе была больше скорости витания частиц и запас физической теплоты сушильного агента был бы достаточным для нагревания материала и испарения заданного количества влаги. В зависимости от размеров частиц, свойств материала и температуры газов скорость потока в трубе сушилки может изменяться от 10 до 40 м/с. Наиболее оптимальным, экономически обоснованным считается размер частиц, не превышающий 8–10 мм. С увеличением размера частиц эффективность сушки уменьшается.
Кратковременное пребывание (от двух до десятых долей секунды) мелких частиц в объеме сушильного агента и удаление при этом в основном свободной влаги позволяют применять на входе в трубу сушильный агент с повышенной температурой от 100 до 500–800 °С, а на выходе – до t′′ г = 100 ÷ 150 °С. Подача материала с некоторой скоростью навстречу восходящему потоку газа способствует повышению эффективности установки, и наоборот, уменьшает при вводе материала параллельно нисходяще движущемуся потоку. Длина (высота) и диаметр трубы сушилки должны быть достаточными для осуществления сушки материала до заданного влагосодержания, но в то же время не должны превышать: длина – 25 м, диаметр – 1 м. С увеличением высоты трубы возрастает сопротивление системы, а следовательно, и расход энергии на привод тягодутьевых устройств. В тех случаях, когда допускается дробление материала или, наоборот, он настолько плотный, что не изменяет своих размеров и формы при пересылках (например, зерно), нередко применяется рециркуляция материала (частичный возврат в трубу-сушилку). Это мероприятие позволяет сократить длину трубы и сушить в такой системе сильно влажные материалы, например бурый уголь, фрезерный торф, некоторые сорта песка, траву. Удельный расход теплоты в пневмосушилках изменяется в пределах q = 3300 ÷ 4600 кДж/кг влаги; топлива – b = 0,115 ÷ 0,165 кг у. т./кг влаги.
К недостаткам пневматических сушилок следует отнести ухудшение санитарных условий по сравнению с другими установками, повышенную склонность к взрывам, большой расход электроэнергии, повышенный износ трубы и особенно на поворотах, при сушке полидисперсных материалов наблюдается значительный вынос мелкой пыли.