Содержание
1. Установки для сушки сыпучих материалов
1.1 Общие сведения
1.2 Барабанные сушила
1.3 Сушила для сушки в пневмопотоке и кипящем слое
2 Установки для сушки литейных форм и стержней
2.1 Принцип действия устройство сушильных установок
2.2 Сушила с конвективным режимом работы
2.3 Расчет процессов сушки
Заключение
Список использованных источников
1 Установки для сушки сыпучих материалов
Сушила для сушки сыпучих материалов выполняются главным образом как установки непрерывного действия. К их числу относятся барабанные сушила, сушила для сушки в пневмопотоке и сушильные установки кипящего слоя. По характеру теплообмена в рабочей зоне эти устройства сильно отличаются между собой, что накладывает отпечаток на их конструкцию и рабочие показатели.
Тепловой и температурный режимы. Тепловой и температурный режимы работы барабанных сушил неизменны во времени. Температура и влажность высушиваемого песка при этом меняются по длине барабана по мере продвижения песка от загрузочного к разгрузочному концу сушила: температура растет, а влажность уменьшается.
Температура и влагосодержание сушильного агента (в качестве которого обычно используется смесь дымовых газов и воздуха) также соответственно изменяются по длине сушильного барабана: температура падает, а влагосодержание растет за счет перехода влаги из песка в сушильный агент. Передача тепла к поверхности высушиваемого песка (т.е. в ЗТП) с учетом сравнительно низкого температурного уровня (не выше 700-8000 С) осуществляется в основном конвекцией в некоторой мере излучением. В этих сушилах протекает обычно проточный режим теплообмена. Однако лимитирующим звеном процесса сушки в этих установках является замедленная тепло- и массопередача внутри слоя песка. Поэтому с целью интенсификации процесса сушки конструктивно предусматривается разрыхление и перегребание слоя песка специальными лопатками на стенах барабана.
Конструкция барабанного сушила. Основной частью барабанных сушил является длинный стальной цилиндр (барабан), установленный с небольшим наклоном к горизонту (рис. 1). Барабан опирается на опорные ролики и вращается вокруг своей оси благодаря зубчатому венцу, связанному через понижающий редуктор с электроприводом. Влажный сыпучий материал через загрузочное устройство и питатели подается в верхнюю часть барабана и при его вращении (обычно со скоростью несколько оборотов в минуту) постепенно перемещается к его разгрузочному концу. Для ускорения сушки внутри барабана установлены стальные пластины в виде лопастей или секторов, перемешивающие и разрыхляющие сыпучий материал. Перед выдачей песок остужают до температуры ~50°С. Высушиваемый материал нагревается в барабанных сушилах смесью продуктов горения и воздуха. Сжигание топлива производится в отдельной топке, после чего продукты горения смешиваются в смесительной камере с воздухом для понижения их температуры до 800—850° С. При этой температуре сушильный агент поступает в барабан (у его загрузочного конца) и покидает барабан при температуре 100—120°С через газоотвод у разгрузочного конца барабана и направляется в очистительные циклоны, а оттуда в дымовую трубу.
1 – вентилятор для подачи воздуха к горелке; 2 – горелка; 3 – камера;
4 – взрывной клапан; 5 – смесительная камера; 6 – труба загрузочного
устройства; 7– барабана; 8 – барабан; 9 – привод вращения барабана;
10 – холодильник; 11 – разгрузочная камера; 12 – дымосос
Рисунок 1 – Схема барабанного сушила
Тепло к высушиваемому материалу передается главным образом за счет конвекции и, несмотря на перемешивающие песок средства, сушка его происходит сравнительно медленно.
Удельный расход тепла на удаление 1 кг влаги из материала для барабанных сушил около 4000—5000 кДж/кг. Технические характеристики типовых барабанных сушил, разработанных институтом «Теплопроект», приведены ниже:
Производительность сушил, т/ч 3,0 6,45 15,35 43,0
Количество удаляемой влаги, кг/ч 314 660 1610 4500
Длина барабана, м 4,0 6,0 8,0 12,0
Диаметр барабана ,м 1,0 1,2 1,6 2,2
Тепловой и температурный режим. Сушила для сушки в пневмопотоке и кипящем слое работают в слоевом режиме, выгодно отличаясь от сушил барабанного типа большей эффективностью и удельной производительностью благодаря интенсивному протеканию процессов тепло- и массообмена и, следовательно, более быстрому и равномерному удалению влаги из высушиваемого материала. В установках для сушки в пневмопотоке обеспечиваются условия существования взвешенного слоя, когда скорость потока сушильного агента превышает так называемую скорость витания твердых частиц, в результате чего последние уносятся потоком. В сушилах с кипящим слоем сыпучий материал под динамическим воздействием потока сушильного агента находится в разуплотненном состоянии и энергично перемешивается. Этим обеспечивается резкое увеличение удельной поверхности нагрева (м2/кт) и рост коэффициента теплоотдачи. Интенсивный конвективный перенос во взвешенном и кипящем слоях способствует быстрому протеканию процесса сушки. В сушилах со взвешенным и кипящим слоем обеспечивается практически камерный режим обработки, что вполне допустимо в случае сушки сыпучих материалов. Вместе с тем кипящий слой, подобно жидкости, обладает хорошей текучестью, что позволяет легко (конструктивно) осуществить технологически непрерывный процесс, т, е. непрерывную загрузку влажного материала и непрерывный слив — выгрузку высушенного материала. Что же касается сушки в пневмопотоке, то условие, чтобы среднее время пребывания частицы в рабочем пространстве печи (ЗТП) было бы больше времени, необходимого для протекания процесса сушки, усложняет конструкцию установки, вызывая необходимость в громоздкой и длинной рабочей камере — трубе.
Конструкция установки для сушки в пневмопоток. Установка для сушки в пневмопотоке представляет собой вертикальную трубу (изготовленную обычно из чугуна С учетом сильного абразивного износа), в нижнюю часть которой из бункера через шлюзовой питатель подается влажный сыпучий материал (рис. 2). Здесь частички подхватываются восходящим потоком горячего сушильного агента (обычно это смесь продуктов горения и воздуха, поступающая из топки со скоростью от 10 до 40 м/с при температуре около 700° С) и уносятся вверх по трубе.
1 – топка; 2 – шлюзовой питатель; 3 – ленточный конвейер; 4 – загрузочный бункер; 5 – вертикальная сушильная труба; 6 – разгрузочный циклон; 7 – циклон для очистки уходящих газов; 8 – вентилятор высокого давления
Рисунок 2 – Схема установки для сушки сыпучих материалов в пневмопотоке
1 – топка; 2 – труба для удаления продуктов горения при пуске и разогреве сушила; 3 – циклон; 4 – дымосос; 5 – рабочая камера; 6 – решетка; 7 – смесительная камера; 8 – подвод холодного воздуха для разбавления продуктов горения; 9 – разгрузочное устройство; 10 – холодильник для охлаждения сухого сыпучего материала
Рисунок 3 – Сушило для сушки в кипящем слое
Пройдя трубу и освободившись от влаги, песок попадает в циклон, где он отделяется от газа-носителя и затем выгружается. Уходящие газы перед выбрасыванием в атмосферу подвергаются дополнительной очистке в циклоне с увлажнением.
Конструкция сушила с кипящим слоем. Сушило с кипящим слоем (рис. 3) представляет камеру, дно которой выполнено в виде решетки. На решетку помещают слой подлежащего сушке сыпучего материала, а под решетку подводят горячий (с температурой 800—850° С) сушильный агент из топки и из смесительной камеры под таким давлением, чтобы частицы материала находились во взвешенном состоянии, а не уносились бы потоком газов, как в случае сушки в пневмопотоке. Свежие горячие газы, проходящие через кипящий слой, интенсивно высушивают материал благодаря высоким значениям коэффициентов тепло- и массообмена. Удельная производительность (отнесенная к площади решетки) сушил кипящего слоя высока и достигает 7500 кг/(м2-ч) при удельном расходе тепла на удаление I кг влаги из высушиваемого материала около 3600—4500 кДж/кг. Высушенный песок поступает из рабочей камеры в холодильник, где остывает до температуры ~50°С, и затем выгружается из установки. Верхняя часть рабочей камеры выполняется с несколько большим поперечным сечением для того, чтобы снизить скорость движения сушильного агента и тем самым уменьшить вынос мелких фракций из рабочей камеры. Уходящие из камеры газы перед выбрасыванием их в атмосферу очищаются от пыли в циклоне.
Сушильные установки с кипящим слоем получают все более широкое распространение благодаря эффективности их работы, возможности автоматизации и простоте регулирования.
2. Установки для сушки литейных форм и стержней
Различные способы подвода тепла к формам и стержням определяют в первую очередь особенности конструкции сушильных установок. Так, нагрев может осуществляться либо путем генерации тепла в самом высушиваемом материале (сушила ТВЧ), либо путем передачи тепла к поверхности материала извне как излучением, так и конвекцией. Наибольшее распространение для сушки литейных форм и стержней получили сушила, в которых тепло к материалу передается от горячих продуктов сгорания, смешанных с воздухом или возвратом (отработанными продуктами сгорания). Так как технология процессов сушки предусматривает сравнительно невысокий температурный уровень (до 450°С), то при этих условиях преобладает передача тепла конвекцией.
Помимо теплотехнических соображений, на конструкцию сушила оказывает влияние вид высушиваемых изделий, главным образом их масса и габариты. Так, для сушки сравнительно мелких изделий (стержней), которые могут быть легко перемещены через рабочую камеру сушильной установки при помощи разного рода вертикальных, наклонных и горизонтальных конвейеров, применяются сушила непрерывного действия. Эти установки хорошо вписываются в поточные линии современных литейных цехов и хорошо удовлетворяют требованиям массового производства с установившейся программой и сортаментом изделий.
Крупные стержни и формы, которые не представляется возможным непрерывно транспортировать через рабочие камеры, сушат в установках периодического действия с выкатными этажерками и тележками. Загрузка изделий при этом облегчается благодаря кран-балкам и мостовым кранам. Особо крупные и громоздкие формы, для которых потребовался бы очень мощный механизм выдвижения тележки, сушат в ямных сушилах со съемным сводом, через который и ведется загрузка изделий в рабочую камеру мостовым краном.
Тепловой и температурный режим. Сушила с конвективным режимом работы делятся на установки периодического действия (камерные) и непрерывного действия. Однако в обоих случаях на их конструкцию и работу влияет режим тепловой работы, определяющий преобладание конвективного теплообмена в рабочих камерах при низком уровне температур (300—450°С). Как отмечалось в гл. III этого тома, интенсификация конвективного теплообмена и улучшение использования топлива достигается применением циркуляционного характера движения сушильного агента с частичным удалением отработанных газов. В старых конструкциях сушил для этой цели использовалась естественная циркуляция, а в современных установках широко применяются инжекторы, вентиляторы и дымососы. Кроме этого, рециркуляция сушильного агента способствует повышению его влагосодержания замедлению процесса сушки, в особенности на его ранней стадии, что весьма важно при сушке массивных форм и стержней, в которых могут возникнуть трещины при быстром неравномерном удалении влаги с поверхности.
Естественно, что независимо от высказанных соображений тепловой и температурный режимы работы сушил периодического действия характеризуются изменением поля температур в рабочей камере во времени, тогда как поле температур внутри рабочих камер сушил непрерывного действия во времени не изменяется.
1 – дымовой канал; 2 – дымовой боров; 3 – короб для подачи и распределении поворота в рабочую камеру; 4 – выкатная платформа; 5 – дверь; 6 – рабочая камера ушила; 7 – механизм подъема двери; 8 – рециркуляционный вентилятор; 9 – шибер; 10 – трубопровод для отвода отработанного газа
Рисунок 4 – Камерное сушило с выкатной тележкой и с искусственной циркуляцией
Конструкции сушил периодического действия. К таким сушилам относится камерное сушило с выкатной тележкой (платформой), предназначенное для сушки форм и стержней. Сушило состоит из рабочей камеры и двух тонок, расположенных ниже пода камеры и соединенных с ней дымовыми каналами, играющими одновременно и роль смесительных камер (рис. 90). Стены и свод рабочей камеры сушила выполняют обычно из красного кирпича толщиной 0,23—0,35 м. Свод камерного сушила имеет толщину 0,115 м и сооружается в виде отдельных сводов, опирающихся на двутавровые балки. В качестве теплоизоляции используют, шлаковую вату, трепельный порошок или диатомитовый кирпич. Двери камерных сушил представляют собой каркас, с двух сторон обшитый листовым железом; пространство между листами заполнено легковесным кирпичом или шлаковой ватой. Двери, как правило, открываются вручную, а большие сушила оборудуются для этой цели подъемными механизмами с электроприводом или пневмоцилиндром. Тележка с установленными на ней формами или крупными стержнями перемещается по уложенным на поду сушила рельсам ручной или электрической лебедкой. Сушило оборудовано двумя топками, расположенными ниже уровня пода цеха. В топках сжигают любое имеющееся в распоряжении топливо; твердое, жидкое или газообразное. Стены топочных камер футеруют шамотом. Продукты горения направляются из топок в дымовые каналы, расположенные под подом сушильной камеры вдоль продольных стен. В этих каналах для снижения температуры дыма его смешивают с воздухом или с уходящими газами (возвратом), имеющими значительно меньшую температуру. Полученная смесь (сушильный агент) поступает в камеру через отверстия в сводах дымовых каналов. Поднимающиеся вверх потоки горячих газов увлекают за собой более холодные газы, находящиеся в камере, и вызывают в ней естественную циркуляцию, способствующую выравниванию температуры по всему объему камеры и ускорению процесса сушки. Дымовые газы удаляются из камеры через боров, расположенный вдоль продольной оси камеры.
Для повышения интенсивности процессов сушки в камерных сушилах широко применяется принудительная рециркуляция продуктов горения. В этом случае часть отработанных продуктов отбирается на борова при помощи дымососа, находящегося вне сушила, и подается в коробы, расположенные по всей длине рабочей камеры сушила (внутри ее с обеих сторон, над сводами дымовых каналов). Выходящие с большой скоростью (15—20 м/с) из сопел коробов отработанные газы усиливают рециркуляцию в камере сушила, интенсивно подсасывая свежие дымовые газы из отверстий в сводах дымовых каналов. Введение принудительной рециркуляции сокращает продолжительность сушки в 1,3—1,5 раза.
Камерные сушила часто работают в режиме как естественной, так и вынужденной циркуляции. В начале сушки газообразные продукты, поступающие в камеру, быстро остывают и поэтому в первый период, длительность которого составляет 15—20% от всего времени сушки, установка работает обычно с естественной циркуляцией газов. После разогрева камеры включают дымосос и доводят температуру до требуемой, поддерживая ее в течение последующего периода, длительность которого составляет 40—50% от полного времени сушки. После этого выключают подачу топлива, и происходит, медленное охлаждение материала вместе с камерой до температуры 150—200° С. Тележку выкатывают из сушила, а на ее место помещают новую садку.
Камерные сушила, используемые для сушки мелких и средних стержней, отличаются от описанного только несколько меньшими размерами камеры, наличием только одной топки и соответственно одного дымового капала, а также способом загрузки высушиваемого материла. Стержни обычно размещают на металлических этажерках, вдвигаемых в рабочую камеру. Для облегчения перемещения этажерки делают сравнительно небольшими: в сушилке, как правило, помещают 2—4 этажерки одновременно.
Внутренние размеры камерных сушил меняются в широких пределах и зависят от их назначения и условий размещения в цехе. При конструировании сушил рекомендуется не превышать следующие максимальные размеры (внутренние): длина 10 м; ширина 5,5—6 м; высота 4,0— 4,5 м. Чтобы обеспечить циркуляцию газов в сушиле, должны бить выдержаны минимально допустимые расстояния между загружаемым материалом и подом 0,5—0,7 м; между материалом и сводом 0,4—0,5 м; между материалом и боковыми стенами над дымовыми каналами 0,4— 0,5м.
Ямное сушило (рис.91) применяется для сушки крупных форм. Рабочая камера ямного сушила располагается ниже уровня пола цеха, и загрузка форм в нее осуществляется через съемный свод с мостовым краном. Сушило занимает в цехе меньшую площадь, так как здесь отпадает необходимость в рельсовых путях и механизмах для перемещения тележки. При загрузке нижний ряд опок устанавливают на стеллажи, а последующие — одну на другую с металлическими прокладками между ними.
Так как топка в ямном сушиле расположена рядом с рабочей камерой, то величина геометрического напора, создаваемая разностью плотностей столбов дымовых газов в сушиле и воздуха вне его, невелика. Поэтому для повышения скорости движения газов в ямных сушилах всегда применяют принудительную рециркуляцию. Продукты горения поступают из топки в вертикальный канал, в который снизу подсасывается возврат за счет инжектирующего действия струи отработанных дымовых газов, подаваемых дымососной установкой. Дымовые газы поступают в сушильную камеру из вертикальных каналов через отверстия. Покидающие камеру газы отводятся в борова, перекрытые чугунными плитами с отверстиями. Наибольшее распространение получили ямные сушила с размерами рабочих камер 9,0X5,0X3,5; 11,0X5,0X3,5; 13,0X3,5 м.
В камерных и ямных сушилах расход топлива на удаление 1 кг влаги из высушиваемого материала составляет 13500—20000 кДж/кг, причем большие значения соответствуют сушке форм стального литья, а меньшие — сушке мелких стержней.
Страницы: 1, 2
