CS250208B2 - Method of loose material heating and dosing especially of coal and equipment for realization of this method - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu ohřevu a dávkování sypkého materiálu, zvláště uhlí, při současném zachování jeho nezměněné vlhkosti potřebné pro aglomeraci, jako briketování a sbalování, s velikostí zrn do 10 mm a zařízení k provádění tohoto způsobu.

V průmyslu, zejména ve stavebnictví a v zemědělském velkoprůmyslu vzniká často problém ohřát sypký materiál sestávající z pevných zrn na teplotu přibližně 100· °C se zachováním jeho původní vlhkosti.

V praxi přichází často v úvahu úprava hydrofobního, tvrdého černého· a hnědého uhlí před jeho briketováním. Účelem této úpravy je dokonale připravit sypký materiál k dalšímu průmyslovému postupu za co možno nejdokonalejších a nejekonomičtějších podmínek k smáčení organickou kapalinou, například živicí nebo dehtem. K dosažení tohoto· cíle je třeba sypký materiál, určený k aglomerování, ohřát na teplotu alespoň o 20· °C vyšší, než je bod měknutí pojivá. Není však přípustné zvyšovat původní vlhkost sypkého materiálu během ohřívání, jelikož potřebné množství pojivá závisí na povrchové vlhkosti uhlí, néboť převýší-li vlhkost určitý stupeň, není možno ani s použitím většího množství pojivá vyrobit briketu uspokojivé jakosti.

Při postupu podle dosavadního stavu techniky při výrobě uhelných briket, popřípadě meziproduktů používaných ke stavbě silnic, se provádí ohřev zrnitého materiálu tak, že se k zrnitému materiálu, určenému k aglomerování, jehož teplota odpovídá teplotě okolí, přimísí pojivo vyhřáté na vhodnou teplotu. Pro dosažení lepšího promísení zrnitého materiálu s pojivém se směs vyhřívá přímou parou. V důsledku přímého ohřevu parou dochází ke kondenzaci páry a ke zvýšení povrchové vlhkosti zrnitého· materiálu, což při nadměrné spotřebě pojivá ovlivňuje pevnost, schopnost přepravy a použitelnost konečného výrobku. · Tím se tento postup současně stává nehospodárným.

Snížení nadměrného obsahu vlhkosti se dosahuje sušením zrnitého· materiálu před smícháním s pojivém, což však vyžaduje zvýšení teploty. Tento postup je velmi složitý, investičně náročný, jelikož vyžaduje přídavné zařízení s vysokou potřebou energie, které lze jen stěží kombinovat se zařízením s přívodem přímé páry, popřípadě nelze vůbec obě zařízení spojit. Použití této technicky jistě účinné metody je tedy spojeno vzhledám k zmíněným okolnostem s vysokými výrobními náklady na produkt, což z ekonomického hlediska brání jejímu využití v širokém rozsahu nebo ji silně omezuje.

Cílem vynálezu je vyvinout způsob a zařízení, které umožňuje ohřev sypkých materiálů o zrnitosti do 10 mm, které přicházejí nejčastěji v úvahu na danou teplotu při zachování jejich původní formy a vlhkosti v průběhu ohřevu. Přitom způsob a vhodné zařízení k jeho provádění podle vynálezu musí být snadno a ekonomicky využitelné a musí být k dispozici jako samostatné zařízení nebo jako přídavné zařízení k jinému účelu. Dalším cílem vynálezu je spojení několika výrobních kroků a snížení provozních nákladů.

Vynález vychází z poznatku, že přímý ohřev, kdy směs sypkého materiálu a pojivá je ve styku s teplonosným médiem, například s parou, lze s výhodou nahradit ohřevem nepřímým, jímž je možno dosáhnout potřebného ohřevu sypkého materiálu odděleně od pojivá, aniž by se zvýšila jeho vlhkost nebo se nepříznivě žměnily energetické a ostatní poměry.

Podstata způsobu ohřevu a dávkování sypkého materiálu, zvláště uhlí, spočívá podle vynálezu v tom, že sypký materiál prochází ve svislém směru gravitačním pohybem přes soustavu vodičů teplonosného média, uspořádanou ve vymezeném prostoru a po skončení průchodu se sypký materiál, ohřátý na nastavenou teplotu, při současném dávkování odvádí a provzdušňuje. Teplonosným médiem ^může být nasycená nebo· přehřátá nízkotlaká pára.

Podstata zařízení k provádění způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že sestává ze stojaté nádrže konstantního průřezu, v níž je uspořádán tepelný výměník a na jejímž dně je vodorovně uloženo· dávkovači ústrojí, pod nímž je umístěna sběrná nastavitelná výsypka.

Je výhodné, když tepelný výměník obsahuje soustavu šachovnicovitě uspořádaných trubek, jejichž osy jsou rovnoběžné a jsou uspořádány ikolmo na směr proudění sypkého materiálu. Dávkovači ústrojí může sestávat z pohyblivé skříně, mezi jejíž. horní a dolní stěnou· je pohyblivě uloženo šoupátko spolupracující se štěrbinami, vytvořenými v horní a dolní stěně pohyblivé skříně. Velikost zdvihu pohyblivé skříně odpovídá šířce štěrbin a je shodná se vzdáleností mezi štěrbinami, uspořádanými kolmo na směr vratného pohybu pohyblivé skříně, přičemž štěrbiny v dolní stěně pohyblivé skříně jsou zčásti přesazeny. Šířka štěrbin v dolní stěně pohyblivé skříně je menší než šířka štěrbin v horní stěně pohyblivé skříně.

Hlavní výhoda způsobu a zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že se původní obsah vlhkosti nezvyšuje, jelikož kondenzát páry, pokud vzniká, nevniká do sypkého materiálu, naopak se intenzívním a soustavným ohřevem sypkého· materiálu poněkud snižuje, přičemž se však zrna sypkého· materiálu pro aglomeraci ohřívají na potřebnou teplotu. Vzhledem k tomu, že jakost briket a množství potřebného pojivá přímo závisí na přiměřené vlhkosti sypkého materiálu, dosahuje se způsobem podle vynálezu a zařízením k jeho provádění lepší jakosti briket s menším množstvím pojivá a s menší spotřebou tepelné energie a zcela odpadá energie, jíž je třeba k pohonu přídavného suši250208 čího zařízení. Briketa s menším množstvím pojivá tvoří při spalování méně kouře a sazí. Spotřeba tepelné energie je při nepřímém vytápění menší, jelikož odpadá ztráta spojená nezbytně s přímým vytápěním parou. Kondenzát páry vzniká uvnitř potrubí tepelného výměníku a je možno· jej odvést a zužitkovat.

U způsobu podle vynálezu postupují gravitačním pohybem vymezeným prostorem zrna sypkého materiálu bez pojivá, nikoli však volným pádem, nýbrž v rozmanitých křivkách, způsobených teplonosnými vodiči, které mění samy o sobě jako překážky stavějící se do cesty zrnům sypkého materiálu a vyzařováním tepelné energie směr jednotlivých zrn a prodlužují dobu jejich průchodu vymezeným prostorem. Teplem vyzařovaným z povrchu vodičů tepelné energie se vzájemně od sebe oddělená zrna sypkého materiálu snadno ohřívají na teplotu média procházejícího soustavou vodičů, jimiž jsou trubky. Teplonosným médiem je nízkotlaká nasycená nebo přehřátá pára, jejíž kondenzát nepřijde do styku se sypkým materiálem na výrobu briket.

Po průchodu omezeným prostorem se ohřátý sypký materiál, který však si zachoval svoji původní vlhkost, dávkuje a odvádí se opět gravitačním pohybem do vymezeného prostoru se vzduchem, popřípadě se, v případě potřeby, v tomto prostoru přívodem vzduchu provzdušňuje.

Dále je uveden příklad způsobu podle vynálezu za účelem důkazu jeho výhod ve srovnání s dosavadními způsoby přímého ohřevu sypkého materiálu pro výrobu briket a jeho sušení odděleně cd pojivá zvláštním přídavným zařízením.

Ve všech třech případech bylo použito jeimnozrnného uhlí o zrnitosti do 6 mm, vlhkosti 16,5 %, teplotě 283,15 Kas měrnou tepelnou kapacitou 1,591 J/kg K.

Pojivém byla kapalná živice o teplotě 458,15 K s měrnou tepelnou kapacitou

093,5 J/kg K.

U způsobu podle vynálezu se použilo páry vedené v uzavřeném· vodiči o tlaku 0,333 MPa, teplotě 623,15 K a tepelném obsahu

174 J/kg K.

Uhlí se zahrálo na 375 K, v důsledku čehož, když se uhlí a živice o dané teplotě navzájem smísily, měla směs vyšší tepelný obsah. Tento tepelný přírůstek způsobil odpaření předem známého určitého· množství vody, v daném příkladu 0,007 kg/kg směsi. Po odpaření tohoto množství vody činil celkový obsah vody na 1 kg směsi 14,61 °/o. Vztaženo na 1 kg uhlí jako sypkého· materiálu, bylo to 15,8 %.

U způsobu přímého ohřevu uhlí byla výsledná vlhkost 1 kg směsi 18,08 %, samotného uhlí 20,85 % a spotřeba živice na 1 kg směsi 0,0989, která se pokládá pro· další srovnání za 100 °/o.

U způsobu sušení uhlí před smícháním s živicí, byla výsledná vlhkost 1 kg směsi

13,11, vlhkost 1 kg samotného uhlí 14,35 a spotřeba živice na 1 kg směsi 0,075, to · jest 76 % ve srovnání s přímým ohřevem parou.

Způsobem ohřevu uhlí podle vynálezu se spotřebovalo na 1 kg uhlí 0,078, to jest 79 proč, živice.

Ze srovnání dvou známých způsobů ohřevu sypkého materiálu na výrobu uhelných briket a způsobu podle vynálezu vyplývá, že uvedený způsob podle vynálezu umožňuje zachovat přibližně původní vlhkost a dosáhnout ohřevu potřebného, pro výrobu jakostních briket. ,

U žádného ze tří způsobů nébyl brán zřetel na nevyhnutelné ztráty tepla, k nimž dochází u všech tří způsobů, a proto prakticky neovlivňují srovnání výsledků.

Příkladné provedení zařízení podle vynálezu je znázorněno na výkrese, který představuje schematický svislý osový řez zařízením v nárysu.

Zařízení sestává ze stojaté nádrže 1, s výhodou čtvercového průřezu, v níž je tepelný výměník 2 tvořený soustavou trubek 3. Pod stojatou nádrží 1 je uspořádána pohyblivá skříň 5, tvořící dávkovači ústrojí 4 se šoupátkem 6, pod nímž je oběžná stavitelná výsypka 7.

Stojatá nádrž 1 je nahoře otevřená a slouží k přísunu sypkého materiálu během · ohřevu. Po celé své výšce má stejný · -průřez a na svém dolním konci je uzavřena dávkovacím ústrojím 4.

Tepelný výměník 2 uložený uvnitř stojaté nádrže 1, obsahuje soustavu vzájemně spojených šachovnicovitě uspořádaných trubek 3, jejichž osy jsou rovnoběžně uspořádány kolmo ke směnu proudění sypkého materiálu. Toto uspořádání závisí na povrchových vlastnostech sypkého materiálu, určeného k ohřevu a na bilanci přestupu tepla, charakteristické, pro daný sypký materiál.

Oba hlavní díly dávkovacího ústrojí, pohyblivá skříň 5 a šoupátko 6 se mohou vůči stojaté nádrži 1 a vůči sobě navzájem střídavě pohybovat. Jejich pohyb je o-dvozen od neznázorněného ovládacího ústrojí. Vzájemného pohybu pohyblivé skříně 5 a šoupátka 6 je možno dosáhnout pohybem různou rychlostí stejného smyslu, stejnou rychlostí opačného smyslu, nebo pohybem pohyblivé skříně 5, při němž je šoupátko· 6 v klidu. Počet zdvihů je možno plynule řídit.

Pohyblivá skříň 5 je vymezena dvěma stěnami, mezi nimiž je umístěno šoupátko 6. Obě stěny pohyblivé skříně 5 jsou tvořeny kolmo na směr střídavého pohybu uspořádanými plechovými pásy, které mezi sebou navzájem vytvářejí štěrbiny. Šířky štěrbin mezi pásy jsou v horní stěně stejné a odpovídají délce zdvihu střídavého pohybu. Uspořádání štěrbin a pásů v dolní stěně se liší od uspořádání v horní stěně tím, že štěrbiny v dolní stěně jsou vůči štěrbinám v horní stěně o jednu rozteč přesazeny. Šířka štěrbin v dolní stěně pohyblivé skříně 5 je v porovnání se šířkou štěrbin v horní stěně menší.

Sběrná nastavitelná výsypka 7, uspořádaná pod dávkovacím ústrojím 4 je připojena k dávkovacímu ústrojí 4. Jejím účelem je přijmout a dále usměrnit ohřátý sypký materiál. Může též sloužit k provzdušnění ohřátého¹ sypkého materiálu.

Zařízení podle vynálezu pracuje takto:

K ohřevu určený materiál, to jest zpravidla jemnozirnné uhlí se přivádí do nádrže 1, a to tak, aby zcela pokryl soustavu trubek 3 tepelného výměníku 2. Výška hladiny sypkého materiáálu smí kolísat nanejvýš ve Váži, kdy stojatá nádrž 1 je mimo provoz a slouží pouze jako zásobník. Sypký materiál postupuje ve stojaté nádrži 1 , od shora dolů gravitačním pohybem rychlostí, která je určena dávkovacím ústrojím 4, přičemž jednotlivá zrna vykonávají v důsledku ustavičné změny směru, způsobené soustavou tnruíbe.k 3, turbulentní pohyb.

Uvnitř soustavy trubek 3 tepelného· výměníku 2 cirkuluje v uzavřeném systému tepelné médium, jímž je vodní pára. Tlak nasycené nebo mírně přehřáté páry je 0,15 až 0,50 MPa. Horká pára kondenzuje uvnitř tepelného výměníku 2, přičemž kondenzát je odváděn a může ho být v průběhu procesu použito, aniž by přišel do přímého styku s ohřívaným sypkým materiálem.

Turbulentním a gravitačním pohybem sypkého materiálu mění zrna ustavičně svou vzájemnou polohu a nepřetržitě přicházejí do styku s vnějším povrchem trubek 3 a tím se ohřívají. Ačkoliv je stojatá nádrž 1 nahoře otevřená, oddělují se zrna během svého průchodu nádrží 1 od svého okolí, současně však zabraňují jejich přímému styku s teplonosným médiem. Tím je zajištěno·, že ee vlhkost sypkého materiálu, určeného k ohřevu, v průběhu ohřívání prakticky nemě ní. Naproti tomu teplota tohoto· materiálu během průchodu stojatou nádrží 1 stoupá a dosáhne, popřípadě po odpaření nadměrné vlhkosti, hodnoty, nastavitelné v daném systému přibližně v rozmezí teploty vatru povrchové vlhkosti sypkého materiálu.

Když ohřátý materiál opustí nádrž 1, padá štěrbinami v horní stěně pohyblivé skříně 5 dávkovacího ústrojí 4 dolů na dolní stěnu pohyblivé skříně 5, odkud pak padá vratným pohybem šoupátka 6, přes štěrbiny v dolní stěně pohyblivé skříně 5 do sběrné nastavitelné násypky 7.

Dávkovači ústrojí 4 vyprazdňuje sypký materiál rovnoměrně po celém průřezu stojaté nádrže 1. Vzhledem k tomu, že daná délka zdvihu vratného pohybu pohyblivé skříně 5 je shodná s šířkou štěrbin v stěně, přicházejí tyto štěrbiny během zdvihu do styku s celým průřezem stojaté nádrže 1 a vyprazdňování sypkého materiálu probíhá bez překážek ve všech jejích částech. Množství vypuštěného sypkého materiálu závisí na relativním pohybu hlavních částí dávkovacího· ústrojí 4. Množství sypkého· materiálů, protékajícího' dávkovacím ústrojím 4, lze plynule řídit v mezích daných horních a dolních krajních hodnot.

Jakmile sypký materiál vstoupí přes dávkovači ústrojí 4 do sběrné nastavitelné výsypky 7, přijde do styku s prostředím schopným přijímat vlhkost, tzn. se vzduchem, který se do sběrné nastavitelné výsypky 7 v případě potřeby vhání a odnímá sypkému materiálu, ohřátému přibližně na teplotu varu dodatečně přebytečnou vlhkost. Tím lze původní mimořádně vysoký obsah vlhkosti snížit asi o další 3 · až 4 %.

Způsobem a zařízením podle vynálezu se dosahuje úspory pojivá 1 až 2 °/o, což při roční výrobě, například 400 000 t briket představuje úsporu 4 000 až 8 000 t pojivá.

Claims (7)

1. Způsob Ohřevu a dávkování sypkého materiálu, zvláště uhlí, při současném zachování jeho nezměněné vlhkosti potřebné pro aglomeraci, jako briketování a sbalování, s velikostí zrn do 10 mm, vyznačující se tím, že sypký materiál prochází ve svislém směru gravitačním pohybem přes soustavu vo^dičů teplonosného média, uspořádanou ve vymezeném prostoru a po skončení průchodu ’ se sypký materiál, ohřátý na nastavenou teplotu, při současném dávkování odvádí a provzdušňuje.

2. Způsob podle bodu 1 vyznačující se tím, že teplonosným médiem je nasycená nebo přehřátá nízkotlaká pára.

3. Zařízení k provádění způsobu podle bodů 1 a 2 vyznačující se tím, že sestává ze stojaté nádrže (1) konstantního průřezu, v níž je uspořádán tepelný výměník (2), a na jejímž dně je vodorovně uloženo dávkovači ústrojí (4), pod nímž je umístěna · sběrná nastavitelná výsypka (7).

4. Zařízení podle bodu 3 vyznačující se tím, že tepelný výměník (2j obsahuje soustavu šachovnlcovitě uspořádaných trubek (3), jejichž osy jsou rovnoběžné a jsou uspořádány .kolmo na směr proudění sypkého materiálu.

5. Zařízení podle bodu 3 vyznačující se tím, že dávkovači ústrojí -(4) sestává z pohyblivé skříně (5j, mezi jejíž horní a dolní stěnou je pohyblivě uloženo šoupátko [6] spolupracující se štěrbinami, vytvořenými v horní a dolní stěně pohyblivé skříně (5).

6. Zařízení podle bodu 5 vyznačující se tím, že velikost zdvihu pohyblivé skříně (5) odpovídá šířce štěrbin a je shodná se vzdáleností mezi štěrbinami, uspořádanými kolmo na směr vratného pohybu pohyblivé skříně (5), přičemž štěrbiny v dolní stěně pohyblivé skříně (5) jsou zčásti přesazeny.

7. Zařízení podle bodů 5 a 6 vyznačující se tím, že šířka štěrbin ve stěně pohyblivé skříně (5) je menší než šířka štěrbin v horní stěně pohyblivé skříně (5j.