RU2178543C2

RU2178543C2 - Method for drying of disperse material and swirlchamber for its realization

Info

Publication number: RU2178543C2
Application number: RU2000103130A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Дворников
Original assignee: Институт теплофизики СО РАН; Дворников Николай Алексеевич
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2002-01-20

Abstract

FIELD: procedure of heat-exchange and chemical processes, namely drying of disperse material by eddy flow of disperse material applicable for drying of particles mainly with surface moisture, in particular coals of fine fractions. SUBSTANCE: method is featured by the fact that the formed fluidized layer is repeatedly transformed in a rarefied state, the swirled gas flow after passage of the layer of particles is directed upwards, and the fine particles of the material are subjected to an additional separation. To prevent accumulation of coarse particles in the layer, an additional transfer of particles from top to bottom is accomplished in the region of concentration of coarse particles in the fluidized layer. For realization of this method a swirlchamber is offered featuring by the fact that tapered shelves 3 are installed above and below each of the ring swirlers, inside the swirlchamber is provided with cyclone 3 with the tapered shelf adjoining the cyclone external wall and having a hole providing for flow of the coarse fraction from top to bottom. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике тепломассообменных и химических процессов, а именно к сушке вихревым потоком дисперсного материала, и может быть использовано для сушки частиц с преимущественно поверхностной влагой, в частности углей мелких фракций. The invention relates to techniques for heat and mass transfer and chemical processes, namely to drying by a vortex stream of dispersed material, and can be used for drying particles with predominantly surface moisture, in particular coals of fine fractions.

Известны способ и устройство фракционирования дисперсных материалов, где аэродинамические силы, действующие на разделяемые в сепарационном пространстве вихревой камеры частицы, направлены вверх, а сила тяжести вниз, что увеличивает время сепарации частиц и улучшает качество разделения частиц [1] . A known method and device for fractionation of dispersed materials, where the aerodynamic forces acting on the particles separated in the separation space of the vortex chamber are directed upward and gravity downward, which increases the time of separation of particles and improves the quality of separation of particles [1].

Известны способ и устройство фракционирования дисперсных материалов, основанные на многократном повторении процесса разделения порошков в поле сил тяжести, причем аэродинамические силы, действующие на разделяемые в сепарационном пространстве частицы, направлены вверх, а сила тяжести вниз, что увеличивает время сепарации частиц и улучшает качество разделения частиц [2] . Это решение реализовано в гравитационных классификаторах с пересыпными полками Уральского политехнического института и характеризуется высоким качеством разделения частиц на фракции. A known method and device for fractionation of dispersed materials, based on the multiple repetition of the process of separation of powders in the field of gravity, and the aerodynamic forces acting on the particles separated in the separation space are directed upward and gravity down, which increases the time of separation of particles and improves the quality of separation of particles [2]. This solution is implemented in gravity classifiers with bulk regiments of the Ural Polytechnic Institute and is characterized by high quality particle separation into fractions.

Недостатками указанных способов и устройств [1, 2] является малое время пребывания частиц в аппарате и низкая средняя концентрация частиц на единицу объема аппарата, вследствие чего они не предназначены для сушки материала. The disadvantages of these methods and devices [1, 2] is the short residence time of particles in the apparatus and the low average concentration of particles per unit volume of the apparatus, as a result of which they are not intended for drying the material.

Наиболее близким по технической сущности является способ сушки дисперсного материала путем тангенциальной подачи материала в спутном газовом потоке, псевдоожижения материала закрученным газовым потоком, нагрева материала закрученным потоком газа, проходящего через слой материала, и испарения влаги с материала, причем движение псевдоожиженного слоя осуществляется сверху вниз вдоль кольцевых завихрителей, на которых осуществляется псевдоожижение [3] . The closest in technical essence is the method of drying the dispersed material by tangentially feeding the material in a satellite gas stream, fluidizing the material with a swirling gas stream, heating the material with a swirling gas stream passing through the material layer, and evaporating moisture from the material, and the fluidized bed moves from top to bottom along ring swirls on which fluidization is carried out [3].

Известный способ сушки дисперсного материала осуществляется в вихревой камере для тепломассообменных процессов, которая содержит корпус, установленные в корпусе кольцевые конические завихрители потока газа, входной тангенциально расположенный канал для спутного потока газа и материала, приосевой верхний канал для выхода потока газа с мелкой фракцией материала и нижний вывод для отделяемой крупной фракции материала [3] . The known method of drying dispersed material is carried out in a vortex chamber for heat and mass transfer processes, which contains a housing, annular conical swirls of a gas flow installed in the housing, an inlet tangentially located channel for a satellite flow of gas and material, an axial upper channel for the exit of a gas stream with a fine fraction of material and a lower conclusion for detachable large fractions of the material [3].

Однако, известный способ сушки дисперсных материалов и вихревая камера для его осуществления обладают следующими недостатками и ограничениями в применении. However, the known method of drying dispersed materials and a swirl chamber for its implementation have the following disadvantages and limitations in use.

В процессе сушки полидисперсных материалов с большим содержанием мелких фракций при формировании слоя мелкие фракции способствуют выносу крупных частиц в газовый поток в основной объем вихревой камеры, при этом некоторые крупные частицы не успевают вернуться в слой из-за того, что газовый поток движется в направлении, совпадающем с направлением силы тяжести, что приводит к уменьшению времени пребывания крупных частиц в зоне сепарации. Кроме того, образованный псевдоожиженный слой материала по мере продвижения вниз обладает низкой порозностью на всем пути движения, что затрудняет вынос мелких фракций частиц из слоя. При этом эффективность сушки материала за счет выноса из слоя мелких фракций, на поверхности которых содержится основное количество влаги, снижается. Кроме этого, мелкая фракция уносится с газовым потоком и требуется дополнительное устройство для улавливания мелких фракций. При этом в процессе пневмотранспорта мелкой фракции с высокой влажностью происходит отложение материала на стенках и зарастание транспортирующего канала. Из экспериментальных исследований процессов, происходящих в указанном устройстве, также известно, что вблизи завихрителя происходит накопление крупной фракции, что приводит к снижению эффективного рабочего объема слоя и снижению времени пребывания материала в камере и глубины сушки материала. In the drying process of polydisperse materials with a high content of fine fractions during the formation of the layer, fine fractions contribute to the transfer of large particles into the gas stream into the main volume of the vortex chamber, while some large particles do not have time to return to the layer due to the fact that the gas stream moves in the direction coinciding with the direction of gravity, which leads to a decrease in the residence time of large particles in the separation zone. In addition, the formed fluidized bed of material as it moves down has a low porosity along the entire path of movement, which makes it difficult to remove fine fractions of particles from the bed. Moreover, the drying efficiency of the material due to the removal of fine fractions from the layer, on the surface of which the bulk of the moisture is contained, decreases. In addition, the fine fraction is carried away with the gas stream and an additional device is required to capture the fine fractions. Moreover, in the process of pneumatic transport of a fine fraction with high humidity, material is deposited on the walls and the transport channel is overgrown. From experimental studies of the processes occurring in the specified device, it is also known that near the swirler accumulation of a large fraction occurs, which leads to a decrease in the effective working volume of the layer and a decrease in the residence time of the material in the chamber and the drying depth of the material.

В основу изобретения положена задача создания способа и устройства для сушки дисперсного материала, которые могли бы обеспечить более полный вынос мелких частиц материала, содержащих основную часть влаги, увеличить время центробежной сепарации крупных частиц материала, предотвратить накопление крупных частиц материала в псевдоожиженном слое, увеличить время сушки крупной фракции материала и тем самым повысить эффективность сушки дисперсного материала, обеспечить улавливание мелких частиц с высокой влажностью в вихревом аппарате. The basis of the invention is the creation of a method and device for drying dispersed material, which could provide a more complete removal of small particles of material containing the main part of the moisture, increase the time of centrifugal separation of large particles of material, prevent the accumulation of large particles of material in the fluidized bed, increase the drying time large fractions of the material and thereby increase the drying efficiency of the dispersed material, to ensure the capture of small particles with high humidity in the vortex apparatus.

Поставленная задача решается тем, что в способе сушки дисперсного материала, включающем тангенциальную подачу материала в спутном газовом потоке, формирование слоя на боковых стенках вихревой камеры, перемещение слоя сверху вниз с псевдоожижением слоя материала закрученным потоком газа на кольцевых завихрителях, нагрев и испарение влаги с материала при прохождении закрученного потока газа сквозь слой материала, согласно изобретению сформированный псевдоожиженный слой многократно переводят в разреженное состояние, что обеспечивает более полный вынос мелких частиц материала, содержащих основную часть влаги. Согласно изобретению закрученный поток газа после прохождения слоя частиц направляют вверх, что увеличивает время центробежной сепарации крупных частиц из-за противоположного направления аэродинамических сил и силы тяжести, действующих на частицу. Согласно изобретению организуют дополнительную область сепарации мелких частиц, что предотвращает попадание частиц в тракт выхода газа и отложение материала на стенках и зарастание транспортирующего канала. Кроме того, согласно изобретению осуществляют дополнительный переток частиц сверху вниз в области концентрации крупных частиц, что предотвращает накопление крупных частиц в псевдоожиженном слое. The problem is solved in that in a method of drying a dispersed material, including tangential supply of material in a satellite gas stream, forming a layer on the side walls of the vortex chamber, moving the layer from top to bottom with fluidization of the material layer with a swirling gas stream on annular swirlers, heating and evaporation of moisture from the material when a swirling gas stream passes through a layer of material, according to the invention, the formed fluidized bed is repeatedly transferred to a rarefied state, which ensures more complete removal of small particles of material containing the bulk of the moisture. According to the invention, the swirling gas stream after passing through the particle layer is directed upward, which increases the time of centrifugal separation of large particles due to the opposite direction of aerodynamic forces and gravity acting on the particle. According to the invention, an additional area for the separation of small particles is organized, which prevents particles from entering the gas exit path and depositing material on the walls and overgrowing of the conveying channel. In addition, according to the invention, an additional flow of particles from top to bottom is carried out in the concentration region of large particles, which prevents the accumulation of large particles in the fluidized bed.

Поставленная задача решается также тем, что в вихревой камере для осуществления способа сушки дисперсного материала, содержащей корпус, установленные в корпусе кольцевые завихрители потока газа, входной тангенциально расположенный канал для спутного потока газа и материала, осевой выход потока газа, нижний вывод отделяемой крупной фракции материала, согласно изобретению выше и ниже каждого из кольцевых завихрителей, на которых происходит псевдоожижение слоя дисперсного материала, установлены конические полки, основная часть материала, проходя сверху вниз, падает с полок на следующий участок псевдоожиженного слоя, переходя при этом в разреженное состояние, что усиливает вынос мелких частиц материала из слоя. Согласно изобретению внутри вихревая камера снабжена циклоном с примыкающей к внешней стенке циклона конической полкой для формирования потока газа вверх между псевдоожиженным слоем частиц и стенкой циклона, что увеличивает время сепарации крупных частиц в надслоевом пространстве, а внутренняя часть циклона решает задачу улавливания мелких фракций частиц материала. Кроме того, в каждой конической полке, примыкающей к кольцевому завихрителю, вблизи завихрителя выполнено отверстие для дополнительного перетока крупных фракций материала сверху вниз. The problem is also solved by the fact that in the vortex chamber for implementing the method of drying dispersed material, comprising a housing, annular gas flow swirls installed in the housing, an inlet tangentially located channel for a satellite flow of gas and material, an axial outlet of the gas flow, a lower output of a detachable coarse material fraction , according to the invention, above and below each of the annular swirlers on which the fluidized bed of dispersed material occurs, conical shelves are installed, the main part of the material and passing downward falling off the shelves to the next portion of the fluidized bed, moving while in sparse condition, which enhances removal of fine particulate material from the layer. According to the invention, the inside of the vortex chamber is equipped with a cyclone with a conical shelf adjacent to the outer wall of the cyclone to form a gas flow upward between the fluidized bed of particles and the cyclone wall, which increases the separation time of large particles in the superlayer space, and the inner part of the cyclone solves the problem of collecting small fractions of material particles. In addition, in each conical shelf adjacent to the annular swirler, an opening was made near the swirl for additional overflow of large fractions of the material from top to bottom.

На чертеже приведена схема вихревой камеры для сушки дисперсных материалов. The drawing shows a diagram of a vortex chamber for drying dispersed materials.

Вихревая камера состоит из корпуса 1, кольцевых конических завихрителей 2, конических кольцевых полочек 3, расположенных выше и ниже каждого из кольцевых завихрителей, тангенциально расположенного канала 4 для ввода частиц в спутном газовом потоке, короба 5 для организации подачи нагретого воздуха на кольцевые завихрители, конического отражателя потока газа и частиц 6, бункера 7 для вывода крупной фракции высушенного материала, циклона 8 с кольцевым завихрителем 9. The vortex chamber consists of a casing 1, annular conical swirls 2, conical annular shelves 3 located above and below each of the annular swirlers, a tangentially located channel 4 for introducing particles into the satellite gas stream, a duct 5 for organizing the supply of heated air to the annular swirlers, conical gas flow reflector and particles 6, hopper 7 for outputting a large fraction of the dried material, cyclone 8 with an annular swirler 9.

Устройство работает следующим образом. Материал в спутном потоке газа поступает в вихревую камеру через тангенциально расположенный канал 4, образуя в вихревой камере вращающийся поток газовзвеси, из которой крупные частицы и часть мелких частиц под действием центробежных сил оседают на стенку камеры, образуя слой, а мелкие частицы с частью крупных выносятся в надслоевое пространство, откуда крупные частицы под действием центробежных сил возвращаются в слой. Часть слоя крупных частиц пересыпается по коническим полкам 3 на нижележащий конический кольцевой завихритель 2, приходя при этом в разреженное состояние, в результате чего усиливается вынос мелких частиц из слоя. Другая часть слоя крупных частиц проходит через отверстие в конической полке 3, в результате чего предотвращается накопление крупных фракций частиц над каждой из полок. Поток нагретого газа подается в короб 5, закручивается завихрителями 2, проходит через слой частиц, псевдоожижает его, нагревает частицы и уносит испарившуюся с частиц влагу. Наличие внешней стенки циклона 8 и конической полки 6 формирует восходящий поток газа с мелкими частицами. Выносимая с газом мелкая фракция поступает в восходящий поток и, проходя через завихритель 9, поступает в циклон 8, где происходит осаждение мелких частиц с высокой влажностью. Мелкие частицы выгружаются через низ циклона, а очищенный газ выходит через центральную трубу вверх. The device operates as follows. Material in a satellite gas stream enters the vortex chamber through a tangentially located channel 4, forming a rotating gas suspension stream in the vortex chamber, from which large particles and part of small particles settle under the action of centrifugal forces onto the chamber wall, forming a layer, and small particles with some large into the superlayer space, from where large particles under the action of centrifugal forces return to the layer. Part of the layer of large particles is poured along the conical shelves 3 onto the underlying conical annular swirler 2, while coming into a rarefied state, as a result of which the removal of small particles from the layer is enhanced. Another part of the layer of large particles passes through the hole in the conical shelf 3, as a result of which the accumulation of large fractions of particles over each of the shelves is prevented. The stream of heated gas is supplied to the box 5, twisted by swirlers 2, passes through a layer of particles, fluidizes it, heats the particles and carries away the moisture evaporated from the particles. The presence of the outer wall of the cyclone 8 and the conical shelf 6 forms an upward flow of gas with small particles. The fine fraction carried out with the gas enters the upward flow and, passing through the swirler 9, enters the cyclone 8, where fine particles with high humidity are deposited. Small particles are discharged through the bottom of the cyclone, and the purified gas escapes through the central tube upward.

Использование предлагаемого способа сушки, нагрева и фракционирования дисперсного материала позволяет существенно увеличить остроту разделения крупных и мелких фракций, увеличить время пребывания материала в камере, что приводит к увеличению глубины сушки крупной фракции, а также обеспечить улавливание мелких фракций влажного материала в устройстве, что предотвращает зарастание тракта выброса газа. Using the proposed method of drying, heating and fractionation of dispersed material can significantly increase the severity of separation of large and small fractions, increase the residence time of the material in the chamber, which leads to an increase in the drying depth of the large fraction, as well as ensure the capture of small fractions of the wet material in the device, which prevents overgrowing gas discharge path.

Источники информации
1. А. с. СССР 1265003, МКИ B 07 B 7/08, БИ N 39, 1986.Sources of information
1. A. p. USSR 1265003, MKI B 07 B 7/08, BI N 39, 1986.

2. М. Д. Барский. Фракционирование порошков. М. : Недра, 1980, 327 с. 2. M. D. Barsky. Fractionation of powders. M.: Nedra, 1980, 327 p.

3. Патент РФ N 2060832, МКИ 6 B 04 C 1/00, БИ N 15, 1996. 3. RF patent N 2060832, MKI 6 B 04 C 1/00, BI N 15, 1996.

Claims

1. A method of drying a dispersed material, including the tangential supply of dispersed material in a satellite gas stream, forming a layer on the side walls of the vortex chamber, moving the layer from top to bottom with fluidization of the material layer with a swirling gas stream, heating and evaporating moisture from the material with a swirling gas stream passing through the layer material, characterized in that the formed fluidized bed is repeatedly transferred to a rarefied state, the swirling gas stream after passing through a layer of particles is directed upward, and fine particles of the material are subjected to additional separation.

2. The method according to p. 1, characterized in that in the region of the concentration of large particles in the fluidized bed carry out an additional flow of particles from top to bottom.

3. A vortex chamber for drying dispersed material, comprising a housing, annular gas flow swirls installed in the housing, an inlet tangentially located channel for a satellite flow of gas and material, a lower outlet of a detachable coarse material fraction, an axial outlet of a gas flow, characterized in that it is higher and lower each of the ring swirlers conical shelves are installed, inside the vortex chamber is equipped with a cyclone with a conical shelf adjacent to the outer wall of the cyclone.

4. The vortex chamber according to claim 3, characterized in that an opening is made in each conical shelf near the swirl.