RU2596683C1 - System for continuous heat treatment of solid fine particles, mainly disperse wood materials and methods of heat treatment, implemented using said complex - Google Patents
System for continuous heat treatment of solid fine particles, mainly disperse wood materials and methods of heat treatment, implemented using said complex Download PDFInfo
- Publication number
- RU2596683C1 RU2596683C1 RU2015117200/06A RU2015117200A RU2596683C1 RU 2596683 C1 RU2596683 C1 RU 2596683C1 RU 2015117200/06 A RU2015117200/06 A RU 2015117200/06A RU 2015117200 A RU2015117200 A RU 2015117200A RU 2596683 C1 RU2596683 C1 RU 2596683C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat treatment
- channel
- drying
- particles
- coolant
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области термообработки во взвешенном состоянии в режиме пневмотранспорта твердых мелких частиц, преимущественно древесного происхождения, и может быть использовано для сушки дисперсных материалов, а также торрефикации древесных частиц.The invention relates to the field of heat treatment in suspension in the mode of pneumatic transport of solid small particles, mainly of wood origin, and can be used for drying dispersed materials, as well as torrefaction of wood particles.
На лесозаготовительных участках, а также на деревообрабатывающих предприятиях образуется значительное, до 50% от объема заготовленной древесины, количество древесных отходов и малоценной древесины (опилки, горбыль, кора, фрезерная стружка, рейки, низкосортная древесина от рубок ухода и т.п.).Significant, up to 50% of the volume of harvested wood, wood waste and low-value wood (sawdust, croaker, bark, milling shavings, slats, low-grade wood from thinning, etc.) is formed in logging sites, as well as in woodworking enterprises.
Наиболее распространенный способ возврата древесных отходов и малоценной древесины в хозяйственный оборот - использование в качестве топлива. Для обеспечения эффективного сжигания, а также технически приемлемого и экономически целесообразного хранения и транспортирования древесных отходов наибольшее распространение приобрел способ формования измельченной древесины (брикетирование, гранулирование и т.п.).The most common way of returning wood waste and low value wood to economic circulation is to use it as fuel. To ensure efficient burning, as well as technically acceptable and economically feasible storage and transportation of wood waste, the most widely used method of forming chopped wood (briquetting, granulation, etc.).
Известно, что общая влажность свежесрубленной древесины хвойных пород равна 45÷50%, мягколиственных - 40÷50%, твердолиственных - 30÷45%. При этом оптимальная влажность сырья для брикетов - 8÷12%, а для гранул этот показатель находится в интервале 10÷15%. Каждый тип измельченной древесины имеет свою исходную влажность, а также свою оптимальную для переработки формованием влажность. Поэтому для эффективной работы в промышленных условиях, допускающих изменение качества сырья во времени, важно иметь универсальное оборудование (сушку), позволяющее сушить с малыми отклонениями от оптимальной влажности, а также оперативно подстраивающееся в режиме непрерывной работы под любой тип исходного сырья как по происхождению, так и по исходной влажности, а также по крупности в широком диапазоне. Наибольшую практическую ценность имеет сушильное оборудование, позволяющее осуществлять как раздельную, так и совместную сушку древесных отходов широкого диапазона крупности и влажности, например смесь опилок, щепы и/или коры, с получением оптимальной влажности всех компонентов подаваемой сырьевой смеси. В качестве измельченной древесины используют как специально измельченную древесину, так и отходы ее переработки, например опилки, измельченную кору, стружку и т.п.It is known that the total humidity of freshly cut coniferous wood is 45 ÷ 50%, soft-leaved - 40 ÷ 50%, hard-leaved - 30 ÷ 45%. At the same time, the optimum moisture content of raw materials for briquettes is 8–12%, and for granules this indicator is in the range of 10–15%. Each type of chopped wood has its own initial moisture content, as well as its optimum moisture for processing by molding. Therefore, for efficient operation in an industrial environment that allows a change in the quality of raw materials over time, it is important to have universal equipment (drying) that allows drying with small deviations from optimal humidity, as well as quickly adjusting in continuous operation to any type of feedstock, both by origin and and in the initial moisture content, as well as in size over a wide range. Drying equipment is of greatest practical value, allowing both separate and joint drying of wood waste of a wide range of fineness and moisture, for example a mixture of sawdust, wood chips and / or bark, with obtaining the optimum moisture content of all components of the supplied raw material mixture. As chopped wood, both specially chopped wood and its processing waste, such as sawdust, chopped bark, shavings, etc., are used.
Древесина - плохой проводник тепла. Ее теплопроводность зависит от условной плотности древесины (породы), направления потока тепла относительно оси древесного волокна, температуры и влажности. Коэффициент теплопроводности сухой древесины колеблется в пределах 0,1÷0,4 Вт/(м·К). Увеличение плотности сухой древесины, т.е. повышение доли, занимаемой в единице объема древесинным веществом, приводит к возрастанию теплопроводности, так как древесинное вещество имеет в 20 раз больший коэффициент теплопроводности, чем воздух. Теплопроводность древесины вдоль волокон в 3 раза больше, чем поперек волокон. По радиальному и тангенциальному направлениям коэффициенты теплопроводности древесины могут несколько отличаться один от другого, так как в тангенциальном направлении вытянуты зоны поздней древесины годичных слоев. Поздняя древесина, особенно хвойных пород, более плотная, а следовательно, более теплопроводная. Увлажнение древесины, т.е. замещение содержащегося в ней воздуха водой, имеющей в 23 раза большую теплопроводность, приводит к возрастанию теплопроводности древесины. Повышение температуры влажной древесины приводит к еще большему увеличению теплопроводности.Wood is a poor conductor of heat. Its thermal conductivity depends on the conditional density of the wood (wood), the direction of the heat flux relative to the axis of the wood fiber, temperature and humidity. The thermal conductivity of dry wood ranges from 0.1 ÷ 0.4 W / (m · K). The increase in the density of dry wood, i.e. an increase in the fraction occupied by wood substance per unit volume leads to an increase in thermal conductivity, since wood substance has a 20 times higher thermal conductivity than air. The thermal conductivity of wood along the fibers is 3 times greater than across the fibers. In the radial and tangential directions, the thermal conductivity of the wood may differ slightly from one another, since the zones of late wood of annual layers are elongated in the tangential direction. Late wood, especially coniferous, is denser and, therefore, more thermally conductive. Wood moistening, i.e. replacing the air contained in it with water, which has 23 times greater thermal conductivity, leads to an increase in the thermal conductivity of wood. An increase in the temperature of wet wood leads to an even greater increase in thermal conductivity.
Во время прохождения частиц древесины и газообразного теплоносителя во взвешенном состоянии вдоль направляющего канала температура частиц древесины достигает температуры испарения жидкости и происходит испарение влаги вначале с поверхности, а далее испарение распространяется вглубь частицы, то есть внутренняя влага под действием градиента концентрации влаги перемещается к поверхности частиц. В результате обеспечивается более полное удаление внутренней влаги и концентрирование ее на поверхности, что улучшает в дальнейшем процесс формования измельченной древесины.During the passage of particles of wood and gaseous coolant in suspension along the guide channel, the temperature of the particles of wood reaches the temperature of evaporation of the liquid and the evaporation of moisture occurs first from the surface, and then the evaporation propagates deep into the particles, i.e. internal moisture moves to the surface of the particles under the influence of the gradient of moisture concentration. The result is a more complete removal of internal moisture and its concentration on the surface, which further improves the process of forming crushed wood.
От внешней поверхности к внутренним слоям древесины тепло передается путем теплопроводности клеточной стенки, конвекцией парогазов в полостях, лучеиспусканием от более нагретой клеточной стенки к менее нагретой. Температура от наружной поверхности к центру частицы падает. Поэтому чем мельче частица, тем равномернее и быстрее прогревается древесина.From the outer surface to the inner layers of wood, heat is transferred through the thermal conductivity of the cell wall, convection of gas and vapor in the cavities, radiation from a warmer cell wall to a less heated one. The temperature from the outer surface to the center of the particle drops. Therefore, the smaller the particle, the more uniformly and faster the wood warms up.
При одновременной подаче газообразного теплоносителя и измельченной древесины внутрь сушильного канала процесс передачи тепла древесине во взвешенном потоке значительно упрощается. Теплоноситель вводится прямо в нагревательный канал и контактирует непосредственно с древесиной. Единственным термическим сопротивлением в этом случае является газовая пленка около поверхности куска древесины, чтобы уменьшить это сопротивление создаются условия движения газовой смеси с высокой турбулентностью (критерий Рейнольдса 1000000). Благодаря этому интенсивность подвода тепла к частицам древесины значительно выше, да и эффективность передачи этого тепла древесине тоже выше вследствие более высокой скорости омывания частиц в потоке. Лимитирующим интенсификацию теплопередачи фактором становится величина тепловоспринимающей поверхности древесины. Поэтому при внутреннем нагреве древесину целесообразно измельчать желательно до крупности не более 3÷5 мм.With the simultaneous supply of a gaseous coolant and chopped wood into the drying channel, the process of heat transfer to the wood in a suspended stream is greatly simplified. The coolant is introduced directly into the heating channel and is in direct contact with the wood. The only thermal resistance in this case is a gas film near the surface of a piece of wood, in order to reduce this resistance, conditions for the movement of the gas mixture with high turbulence are created (Reynolds criterion 1,000,000). Due to this, the intensity of heat supply to wood particles is much higher, and the efficiency of this heat transfer to wood is also higher due to the higher particle washing rate in the stream. A limiting factor in heat transfer is the value of the heat-absorbing surface of wood. Therefore, it is advisable to chop wood with internal heating, preferably to a fineness of not more than 3–5 mm.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что наиболее эффективно сушить твердые мелкие материалы, особенно древесные частицы, в потоке совместного движения с газовым теплоносителем, то есть во взвешенном потоке.Based on the foregoing, we can conclude that it is most effective to dry solid small materials, especially wood particles, in a stream of joint movement with a gas coolant, that is, in a suspended stream.
В процессе патентного поиска были выявлены ряд изобретений, реализующих способ сушки твердых частиц газообразным теплоносителем во взвешенном состоянии.In the process of patent search, a number of inventions were discovered that implement the method of drying solid particles by a gaseous coolant in suspension.
Так, известен патент РФ №2156420 «Установка для сушки пищевого волокна» (F26B 17/10, приоритет - 06.07.1999 г.), согласно которому установка выполнена в виде вертикальной трубы с размещенным на ней спиральным лотком, заключенным в кожух. Одна из боковых стенок кожуха выполнена с перфорацией для отвода отработанного сушильного агента через вертикальную трубу. Подвод сушильного агента осуществляют многочисленными патрубками по всей высоте вертикальной трубы, а также дополнительно снизу в спиральный лоток. Влажный материал подается в нижней части вертикальной трубы, а выгрузка в верхней части. Главным недостатком предлагаемой установки является способ транспортировки влажного материала в процессе сушки, а именно снизу вверх, что энергетически не рационально, тем более для влажного дисперсного материала, склонного к слипанию. Поэтому достичь равномерного взвешенного состояния потока «газ-твердое» достаточно проблематично, а значит возможно полное зарастание канала. Эта установка не представляет интереса для сушки в промышленных масштабах, когда производительность должна быть на уровне нескольких тонн в час.So, the patent of the Russian Federation No. 2156420 “Installation for drying of dietary fiber” (F26B 17/10, priority - July 6, 1999) is known, according to which the installation is made in the form of a vertical pipe with a spiral tray placed on it enclosed in a casing. One of the side walls of the casing is made with perforation for removal of the spent drying agent through a vertical pipe. The supply of the drying agent is carried out by numerous nozzles along the entire height of the vertical pipe, and also additionally from below into the spiral tray. Wet material is fed at the bottom of the vertical pipe, and discharge at the top. The main disadvantage of the proposed installation is a method of transporting wet material during the drying process, namely from the bottom up, which is energetically not rational, especially for a wet dispersed material, prone to sticking. Therefore, to achieve a uniform suspended state of the gas-solid flow is quite problematic, which means that the channel can completely overgrow. This installation is not of interest for drying on an industrial scale, when the productivity should be at the level of several tons per hour.
Известен патент РФ №2182299 «Зерносушилка» (F26B 17/12, приоритет - 23.06.2000 г.), в котором сушка осуществляется газовым теплоносителем, движущимся поперек вертикальному движению влажного материала, подаваемого сверху вниз. Работоспособность данной конструкции обеспечивается перфорированными стенками вертикальной части цилиндроконического корпуса. Данное конструктивное решение может быть эффективно лишь для строго калиброванного сырья, не склонного к адгезии.Known patent of the Russian Federation No. 2182299 "Grain dryer" (F26B 17/12, priority - 06/23/2000), in which drying is carried out by a gas coolant moving across the vertical movement of the wet material fed from top to bottom. The operability of this design is ensured by the perforated walls of the vertical part of the cylinder-conical housing. This constructive solution can be effective only for strictly calibrated raw materials that are not prone to adhesion.
Также известны патенты ООО «Фирма «ЭТНА» РФ №2247287 «Пневматическая сушилка преимущественно полидисперсных материалов» (F26B 17/10, приоритет - 09.07.2003 г.) и РФ №2258877 «Способ сушки дисперсных материалов» (F26B 3/10, приоритет - 26.12.2003 г.). В пневматической сушилке спиральный канал сушильной камеры выполнен с постоянным сечением по всей длине канала в виде, по крайней мере, нескольких идентичных витков, расположенных последовательно друг за другом, ориентированных вертикально, и каждый виток канала включает последовательно чередующиеся прямолинейные и криволинейные участки, причем каждый криволинейный участок канала, соединяющий прямолинейные участки, выполнен с постоянным радиусом, а канал, образованный каждым витком, имеет одну общую боковую стенку со следующим, по ходу движения газовзвеси, витком. Оптимальное соотношение между высотой и шириной спирального канала сушильной камеры находится в диапазоне 0,4÷0,8, а оптимальное соотношение между длиной криволинейных и прямолинейных участков одного витка канала составляет 1,1÷1,35. В указанной выше пневматической сушилке предусмотрена постадийная сушка дисперсного материала: на первой стадии в течение 4÷5 секунд в спиральной сушильной камере, а на повторную сушку направляют крупный материал, уловленный основным циклоном.The patents of ETNA Firm LLC of the Russian Federation No. 227287 “Pneumatic dryer of predominantly polydisperse materials” (F26B 17/10, priority 09.07.2003) and the Russian Federation No. 22258877 “Method for drying dispersed materials” (F26B 3/10, priority are also known) - December 26, 2003). In a pneumatic dryer, the spiral channel of the drying chamber is made with a constant cross section along the entire length of the channel in the form of at least several identical turns, arranged sequentially one after another, oriented vertically, and each channel turn includes successively alternating rectilinear and curved sections, each curvilinear the channel section connecting the straight sections is made with a constant radius, and the channel formed by each turn has one common side wall with the following, along do gas suspension motion, revolution. The optimal ratio between the height and width of the spiral channel of the drying chamber is in the range 0.4 ÷ 0.8, and the optimal ratio between the length of the curved and rectilinear sections of one turn of the channel is 1.1 ÷ 1.35. In the aforementioned pneumatic dryer, stepwise drying of the dispersed material is provided: in the first stage for 4 ÷ 5 seconds in a spiral drying chamber, and coarse material caught by the main cyclone is sent to re-drying.
В способе сушки с применением вышеуказанной сушилки необходимо указать на ряд существенных технологических недостатков:In the drying method using the above dryer, it is necessary to indicate a number of significant technological disadvantages:
- высокая вероятность налипания влажного материала на стенках спирального канала;- a high probability of sticking of wet material on the walls of the spiral channel;
- высокое аэродинамическое сопротивление суспендированному потоку в спиральном канале;- high aerodynamic resistance to suspended flow in a spiral channel;
- определяющее значение в достижении целевой влажности конструктивных особенностей сушильного канала: геометрия сечения, соотношение прямолинейных и криволинейных участков витка спирали, радиус закрутки. То есть данная сушилка не может быть универсальной с точки зрения разнообразия исходного сырья;- the decisive value in achieving the target humidity of the structural features of the drying channel: section geometry, the ratio of straight and curved sections of the spiral coil, the radius of twist. That is, this dryer cannot be universal in terms of the diversity of the feedstock;
- возврат крупных частиц на досушивание после их отделения в основном циклоне не рационален, так как нарушается непрерывность динамики сушки;- the return of large particles to dryness after separation in the main cyclone is not rational, as the continuity of the dynamics of drying is violated;
- для достижения заданной температуры теплоносителя применяется воздух, что повышает вероятность возгорания при термообработке горючих материалов.- to achieve the set temperature of the coolant, air is used, which increases the likelihood of fire during the heat treatment of combustible materials.
В способе по патенту РФ №2258877 основным сушильным аппаратом является пневматическая спиральная сушилка, указанная выше. В способе предусмотрена постадийная сушка дисперсного материала: на первой стадии в течение 4÷5 секунд в спиральной сушильной камере, а вторую стадию - стадию досушки до конечной целевой влажности осуществляют в вибрационной сушилке в виброкипящем слое в течение 2,5÷3 минут, при этом средний дисперсный состав, например сухой барды, составляет 500÷600 мкм. В данном способе температура сушильного агента, подаваемого на сушку, достаточно низкая 170÷190оС, причем теплоноситель является смесью топочных газов, наружного воздуха и возвратного отработанного сушильного агента, что неизбежно повышает содержание кислорода в сушильном канале. Скорость движения сушильного агента в сушильном канале достаточно высокая - 25÷30 м/с, что обусловлено конструктивными особенностями как спирального сушильного канала, так и канала ввода теплоносителя: площадь сечения этого канала равна площади сечения канала спиральной сушилки. Способ достаточно сложен в реализации, так как изначально заложены жесткие требования к сырью, подаваемому в сушильный канал: влажность на уровне 35%, крупность - менее 1 мм. В связи с этим в систему сушки вводится сложная предварительная подготовка: снижение исходной влажности за счет подачи в смеситель сухого рециркулирующего продукта в соотношении не менее 2:1, при этом используется смеситель с функцией измельчения. Также необходимо отметить низкую производительность спиральной сушилки: массовая концентрация взвешенного материала в потоке газовзвеси составляет 0,25÷0,3 кг/кг при средней влажности дисперсного продукта на выходе спиральной сушилки 17÷23%, что не приемлемо для дальнейшей переработки формованием.In the method according to the patent of the Russian Federation No. 2258877, the main drying apparatus is the pneumatic spiral dryer described above. The method provides for the step-by-step drying of the dispersed material: in the first stage for 4 ÷ 5 seconds in a spiral drying chamber, and the second stage - the stage of drying to the final target humidity is carried out in a vibrating dryer in a vibro-boiling layer for 2.5 ÷ 3 minutes, while the average dispersed composition, such as dry stillage, is 500 ÷ 600 microns. In this method, the temperature of the drying agent supplied to the drying is rather low 170-190 ° C, and the heat carrier is a mixture of flue gases, outside air and the return spent drying agent, which inevitably increases the oxygen content in the drying channel. The speed of movement of the drying agent in the drying channel is quite high - 25 ÷ 30 m / s, which is due to the design features of both the spiral drying channel and the coolant inlet channel: the cross-sectional area of this channel is equal to the cross-sectional area of the spiral dryer channel. The method is quite difficult to implement, since initially strict requirements were set for the raw materials supplied to the drying channel: humidity at the level of 35%, particle size - less than 1 mm. In this regard, a complex preliminary preparation is introduced into the drying system: a decrease in the initial humidity due to the supply of a dry recycle product to the mixer in a ratio of at least 2: 1, using a mixer with a grinding function. It is also necessary to note the low productivity of the spiral dryer: the mass concentration of suspended material in the gas suspension stream is 0.25–0.3 kg / kg with an average moisture content of the dispersed product at the outlet of the
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является патент US №8132337 «Способ и устройство для сушки древесных частиц/опилок и других твердых частиц» (F26B 11/00, дата выдачи патента - 13 марта 2012 года), выбранный за прототип. Сущность способа - сушка опилок в процессе перемещения газообразным теплоносителем по извилистой траектории змеевика, расположенного внутри корпуса сушилки (модуля). Канал, выполненный в виде змеевика, обеспечивает компактность сушилки. Конструктивное решение: «печь - газовый канал - искрогаситель большой емкости с контроллером - угольный коллектор - модуль сушки - вентилятор», является предпочтительным при использовании твердого топлива. Единичный модуль представляет собой короб, образованный верхней и нижней горизонтальными стенками и четырьмя вертикальными стенками (две боковые и две торцевые). Одна из торцевых стенок является впускной, а противоположная - выпускной. Внутри короба к верхней горизонтальной стенке жестко прикреплены многочисленные вертикальные разделительные перегородки. К нижней стенке жестко со смещением относительно разделительных перегородок, закрепленных на верхней стенке, закреплены сочлененные разделительные перегородки. Разделительные вертикальные перегородки не доходят до противоположной горизонтальной стенки, что создает компактный извилистый путь по типу серпантина. На каждом элементе, формирующем изогнутое днище сушилки, возможна установка мощного магнита для удаления металлических частиц. Для удаления собранного магнитами материала обеспечен доступ к ним либо с помощью съемных навесных панелей, либо через технологические окна. Для удаления влаги, накопленной в сушке, в ее днище предусмотрены технологические спускные отверстия.Closest to the claimed invention in technical essence is US patent No. 8132337 "Method and device for drying wood particles / sawdust and other solid particles" (F26B 11/00, date of issue of the patent - March 13, 2012), selected for the prototype. The essence of the method is the drying of sawdust in the process of moving a gaseous coolant along a winding path of a coil located inside the dryer (module) body. The channel, made in the form of a coil, provides a compact dryer. The constructive solution: “furnace - gas channel - large capacity spark arrestor with controller - coal collector - drying module - fan”, is preferred when using solid fuel. A single module is a box formed by upper and lower horizontal walls and four vertical walls (two side and two end walls). One of the end walls is the inlet, and the opposite is the outlet. Inside the box, numerous vertical dividing partitions are rigidly attached to the upper horizontal wall. The articulated dividing partitions are fixed to the bottom wall rigidly with offset relative to the dividing walls mounted on the upper wall. The dividing vertical partitions do not reach the opposite horizontal wall, which creates a compact serpentine winding path. On each element forming the curved bottom of the dryer, a powerful magnet can be installed to remove metal particles. To remove the material collected by the magnets, access is provided to them either using removable hinged panels or through technological windows. To remove moisture accumulated in the dryer, technological drains are provided in its bottom.
Для достижения заданной влажности опилок в изобретении предполагается возможность формирования серии из необходимого и достаточного количества единичных модулей. Это считается самым главным преимуществом изобретения. Также изобретением предусмотрен вариант использования в серии модуля с возможностью возврата недосушенных опилок снова на вход в первоначальный модуль для дополнительной сушки. Средний размер частиц не более 0,63 см. Для такого размера частиц предпочтителен размер единичного модуля L=150 см, Н=120 см, S=36 см. Секция ввода топочных газов может быть шире последующих секций и равняться примерно 45 см. Для обеспечения движения древесных частиц во взвешенном состоянии в модуле предусмотрены поворотные панели.To achieve a given moisture content of sawdust in the invention it is assumed the possibility of forming a series of the necessary and sufficient number of individual modules. This is considered the most important advantage of the invention. The invention also provides an option for using a module in a series with the possibility of returning the unfinished sawdust again to the entrance to the original module for additional drying. The average particle size is not more than 0.63 cm. For such a particle size, a unit module size of L = 150 cm, H = 120 cm, S = 36 cm is preferable. The flue gas inlet section can be wider than subsequent sections and equal to about 45 cm. To ensure suspended particle movements in the module rotary panels are provided.
Температура нагретого воздуха, подаваемого на вход, может быть в предпочтительном диапазоне от 450°F до 500°F (232÷260°C). Низкая температура на входе в змеевик обусловлена значительным содержанием кислорода в теплоносителе, получаемом разбавлением топочных газов наружным воздухом, что повышает вероятность возгорания во время работы. К тому же относительная влажность нагретого теплоносителя, предпочтительно, низкая. Мощность вентилятора в идеале должна обеспечивать пространственное положение опилок в горячем движущемся воздушном потоке, близком к суспензии, а также обеспечивать свободное прохождение данной суспензии по извилистому тракту со скоростью, которая обеспечивает максимальный эффект сушки. Например, для одного из вариантов вентилятор должен давать 2722 оборота в минуту.The temperature of the heated air supplied to the inlet may be in the preferred range of 450 ° F to 500 ° F (232 ÷ 260 ° C). The low temperature at the inlet to the coil is due to the significant oxygen content in the coolant obtained by diluting the flue gases with outside air, which increases the likelihood of fire during operation. Moreover, the relative humidity of the heated coolant is preferably low. The fan power should ideally ensure the spatial position of the sawdust in a hot moving air stream close to the suspension, and also ensure the free passage of this suspension along the winding path with a speed that provides the maximum drying effect. For example, for one of the options, the fan should give 2722 rpm.
На данной установке помимо опилок возможна сушка и других материалов, но при этом требуется внесение необходимых изменений.In this installation, in addition to sawdust, drying of other materials is also possible, but the necessary changes are required.
Основным недостатком устройства по прототипу, не позволяющим считать данную разработку применимой в условиях реального производства, является его низкая производительность. Это обусловлено как конструкцией сушильного канала единичного модуля, так и требованиями к качеству теплоносителя: температура 232÷260°C и низкая влажность. В непрерывном режиме при приемлемой для промышленного производства производительности в сушильном канале, в виде змеевика, практически невозможно обеспечить стабильную во времени сушку из-за возможности налипания влажного материала, особенно на изгибах. Использование наружного воздуха для разбавления топочных газов не позволяет повышать температуру теплоносителя на входе из-за повышения вероятности возгорания сырья в условиях высокой концентрации кислорода и низкой влажности подаваемого теплоносителя, согласно требованиям.The main disadvantage of the prototype device, which does not allow to consider this development applicable in real production, is its low productivity. This is due to both the design of the drying channel of a single module and the requirements for the quality of the coolant: temperature 232 ÷ 260 ° C and low humidity. In continuous mode, with a productivity acceptable for industrial production in the drying channel, in the form of a coil, it is practically impossible to ensure time-stable drying due to the possibility of adhesion of wet material, especially on bends. The use of external air for diluting flue gases does not allow increasing the temperature of the coolant at the inlet due to the increased likelihood of ignition of the raw material in conditions of high oxygen concentration and low humidity of the supplied coolant, according to the requirements.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание промышленного комплекса с производительностью более 3 т/ч (по сухому продукту) для высокоэффективной непрерывной сушки твердых мелких частиц во взвешенном состоянии до влажности, контролируемой и регулируемой в широком диапазоне без необходимости внесения конструктивных изменений при переходе с одного вида сырья на другой. При использовании комплекса для сушки или торрефикации мелких частиц древесного происхождения реализуется задача сушки любого вида измельченной древесины по происхождению, исходной влажности при одном ограничении: крупность частиц, желательно, не более 3÷5 мм. Также в случае сушки древесных частиц ставится задача термообработки как моносырья, так и смеси различных видов древесных частиц, как по происхождению (опилки, кора и т.д.), так и по исходной влажности.The technical task of the invention is the creation of an industrial complex with a capacity of more than 3 t / h (dry product) for highly efficient continuous drying of solid fine particles in suspension to moisture, controlled and regulated in a wide range without the need for structural changes during the transition from one type of raw material another. When using the complex for drying or torrefying small particles of woody origin, the task of drying any type of chopped wood by origin, initial moisture content with one limitation is realized: particle size, preferably not more than 3–5 mm. Also, in the case of drying wood particles, the task is to heat both mono-raw materials and a mixture of various types of wood particles, both by origin (sawdust, bark, etc.) and by initial moisture.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого комплекса, заключается в повышении качества сушки исходного продукта при обеспечении высокой производительности, при этом комплекс может работать как в режиме сушки различного исходного сырья, так и в режиме торрефикации древесного сырья. Конструктивное решение комплекса термообработки в части сушильной камеры предельно просто в изготовлении и обеспечивает низкие капитальные, энергетические и эксплуатационные расходы при высокой производительности, что значительно снижает себестоимость конечного продукта. Так, тепловые затраты на испарение одного килограмма влаги снижаются на 20-40% по сравнению с сушками известных конструкций с аналогичной производительностью. Использование предлагаемого комплекса позволяет увеличить интенсивность использования рабочего объема сушильной камеры, то есть увеличить съем высушенного материала с единицы ее объема. Комплекс обеспечивает устойчивые воспроизводимые условия протекания процесса сушки с высоким коэффициентом теплопередачи при низком гидравлическом сопротивлении рабочему потоку.The technical result achieved by using the proposed complex is to improve the drying quality of the initial product while ensuring high productivity, while the complex can operate both in the drying mode of various feedstock and in the mode of torrefaction of wood raw materials. The constructive solution of the heat treatment complex in terms of the drying chamber is extremely simple to manufacture and provides low capital, energy and operating costs at high productivity, which significantly reduces the cost of the final product. Thus, the heat cost of evaporating one kilogram of moisture is reduced by 20-40% compared with dryers of known designs with similar performance. Using the proposed complex can increase the intensity of use of the working volume of the drying chamber, that is, increase the removal of dried material from a unit of its volume. The complex provides stable reproducible conditions for the drying process with a high heat transfer coefficient with a low hydraulic resistance to the working flow.
Технический результат достигается тем, что в комплексе для непрерывной термообработки твердых мелких частиц, преимущественно дисперсных древесных материалов, включающем устройство для непрерывной термообработки мелких частиц обрабатываемого материала, выполненное в виде камеры, обеспечивающей пневмотранспортировку смешанного потока газообразного теплоносителя и указанных мелких частиц, и снабженном узлом ввода частиц обрабатываемого материала, выполненным с возможностью регулирования объема подачи, узлом подачи газообразного теплоносителя, предпочтительно топливных газов, узлом вывода смешанного потока теплоносителя и мелких частиц обрабатываемого материала, снабженным вентилятором, узлом возврата материала в камеру устройства, а также включающем систему подготовки газообразного теплоносителя, выполненную с возможностью регулирования объема подачи теплоносителя, и систему предварительной подготовки обрабатываемого материала, камера термообработки выполнена в виде закольцованного канала, предпочтительно с круглым поперечным сечением одинаковым по всей длине канала, и снабжена вентилятором, причем узел возврата материала для повторной термообработки установлен внутри канала и выполнен с возможностью регулирования объема повторно циркулирующего в канале потока, при этом узел вывода смешанного потока теплоносителя и мелких частиц обрабатываемого материала снабжен, по меньшей мере, одним циклоном и выполнен с возможностью разделения отходящих газов на два потока, а система подготовки газообразного теплоносителя выполнена с возможностью корректировки состава и температуры топливных газов. При этом комплекс снабжен системой предохранительных клапанов, а узел подачи газообразного теплоносителя выполнен перед узлом ввода частиц обрабатываемого материала с возможностью прямоточной подачи газов вдоль канала термообработки, причем узел возврата материала для повторной термообработки снабжен поворотным устройством, например, шарнирного типа, а узел ввода частиц обрабатываемого материала снабжен двумя каналами ввода в канал термообработки. Предлагаемый комплекс с одинаковой эффективностью позволяет реализовать как сушку, так и торрефикацию, причем без внесения каких-либо конструктивных изменений. Так, в способе сушки твердых мелких частиц, преимущественно дисперсных древесных материалов, реализуемом с помощью указанного комплекса и включающем предварительную подготовку обрабатываемого материала, подготовку газообразного теплоносителя, одновременную подачу теплоносителя и частиц материала в канал камеры термообработки, сушку частиц древесины в процессе непосредственного контакта с теплоносителем, совместное удаление потока твердых частиц и парогазовой смеси, температуру теплоносителя на входе в канал термообработки поддерживают в пределах 400÷700°C, а содержание кислорода в теплоносителе, например дымовых газах, поддерживают ниже 10 мас. %, при этом подачу материала на сушку поддерживают в количестве, обеспечивающем температуру потока на выходе из канала не выше 150°C. А в способе торрефикации твердых мелких частиц, преимущественно дисперсных древесных материалов, реализуемом с помощью комплекса и включающем предварительную подготовку обрабатываемого материала, подготовку газообразного теплоносителя, одновременную подачу теплоносителя и частиц материала в канал камеры термообработки, сушку частиц древесины в процессе непосредственного контакта с теплоносителем, совместное удаление потока твердых частиц и парогазовой смеси, температуру теплоносителя на входе в канал термообработки поддерживают в пределах 500÷600°C, а содержание кислорода в теплоносителе, например дымовых газах, поддерживают ниже 8 мас. %, при этом подачу материала на сушку поддерживают в количестве, обеспечивающем температуру потока на выходе из канала не ниже 200°C, а время нахождения частиц материала в канале термообработки поддерживают в пределах 6÷40 секунд.The technical result is achieved by the fact that in the complex for continuous heat treatment of solid small particles, mainly dispersed wood materials, including a device for continuous heat treatment of small particles of the processed material, made in the form of a chamber providing pneumatic transportation of the mixed flow of gaseous coolant and these small particles, and equipped with an input unit particles of the processed material, configured to control the supply volume, the gaseous heat transfer agent, preferably fuel gas, a unit for outputting a mixed flow of coolant and small particles of the processed material, equipped with a fan, a unit for returning the material to the chamber of the device, and also including a system for preparing a gaseous coolant, configured to control the volume of coolant, and a system for preliminary preparation of the processed material, the heat treatment chamber is made in the form of a looped channel, preferably with a circular cross section of the same throughout the length of the channel, and is equipped with a fan, and the material return unit for repeated heat treatment is installed inside the channel and is configured to control the volume of the recirculated stream in the channel, while the output unit of the mixed heat-carrier flow and small particles of the processed material is equipped with at least one cyclone and is configured to separate the exhaust gases into two streams, and the gaseous heat carrier preparation system is configured to adjust the composition and temperature of the fuel x gases. Moreover, the complex is equipped with a safety valve system, and the gaseous coolant supply unit is made in front of the particle input unit of the processed material with the possibility of direct-flow gas supply along the heat treatment channel, and the material return unit for repeated heat treatment is equipped with a rotary device, for example, of a hinged type, and the particle input unit of the processed the material is equipped with two input channels into the heat treatment channel. The proposed complex with equal efficiency allows you to implement both drying and torrefaction, and without making any design changes. So, in the method of drying solid small particles, mainly dispersed wood materials, implemented using this complex and including preliminary preparation of the processed material, preparation of gaseous heat carrier, simultaneous supply of heat carrier and material particles into the channel of the heat treatment chamber, drying of wood particles in the process of direct contact with the heat carrier , joint removal of the flow of solid particles and gas-vapor mixture, the temperature of the coolant at the entrance to the heat treatment channel alive between 400 ÷ 700 ° C, and the oxygen content in the coolant, such as flue gases is kept below 10 wt. %, while the supply of material for drying is maintained in an amount that ensures the temperature of the stream at the outlet of the channel is not higher than 150 ° C. And in the method of torrefaction of solid small particles, mainly dispersed wood materials, implemented with the help of a complex and including preliminary preparation of the processed material, preparation of a gaseous heat carrier, simultaneous supply of the heat carrier and material particles into the channel of the heat treatment chamber, drying of wood particles in the process of direct contact with the heat carrier, joint removal of the flow of solid particles and gas mixture, the temperature of the coolant at the inlet to the heat treatment channel I support in the range 500 ÷ 600 ° C, and the oxygen content in the coolant, such as flue gases was kept below 8 wt. %, while the supply of material for drying is supported in an amount that ensures the temperature of the stream at the outlet of the channel is not lower than 200 ° C, and the time spent by the particles of the material in the heat treatment channel is maintained within 6 ÷ 40 seconds.
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.The technical essence of the proposed solution is as follows.
1. Предлагаемое конструктивное решение камеры термообработки в виде закольцованного канала с организованной горизонтальной траекторией движения всех частиц материала позволяет более эффективно использовать рабочий объем камеры с практически равномерным ее заполнением, что обеспечивает одинаковые условия сушки по всему объему канала, то есть реализуется наиболее эффективный режим термообработки мелких частиц - режим термообработки потока «газ-твердое» в состоянии суспензии. Проходное сечение канала термообработки выполнено круглым и не меняется по всей длине свободного канала, что обеспечивает минимальное сопротивление горизонтальному движению потока и позволяет сохранить одинаковой скорость высушиваемого материала по ходу его движения.1. The proposed constructive solution of the heat treatment chamber in the form of a looped channel with an organized horizontal path of movement of all particles of the material allows more efficient use of the working volume of the chamber with almost uniform filling, which ensures the same drying conditions throughout the entire volume of the channel, that is, the most efficient heat treatment mode of small particles - the heat treatment mode of the gas-solid flow in the state of suspension. The bore of the heat treatment channel is made round and does not change along the entire length of the free channel, which provides minimal resistance to the horizontal movement of the stream and allows you to maintain the same speed of the dried material in the direction of its movement.
2. Как правило, на практике в качестве теплоносителя для сушки опилок используются дымовые газы с массовой долей кислорода около 13÷18%, что является причиной частых загораний древесины в сушилках. Поэтому традиционно разработчики сушилок вынуждены снижать температуру теплоносителя на входе (например, в прототипе до 230÷260°C), что естественно снижает эффективность сушки. Газообразный теплоноситель, используемый в предлагаемом устройстве для непрерывной термообработки, обеднен по содержанию кислорода и насыщен влагой. Содержание воды в парогазовой смеси, циркулирующей в канале, 350÷500 г/м3 (более 30%), кислорода 3÷4% (за счет, в основном, подсосов), остальное - азот, СО2. Термообработка в парогазовой смеси позволяет поднять температуру на входе до 700°C, причем в зависимости от заданной производительности предлагаемого комплекса, от исходной влажности сырья, от происхождения и крупности сырья можно легко варьировать температурой теплоносителя в широком диапазоне, как правило в пределах 400÷600°C.2. As a rule, in practice, flue gases with a mass fraction of oxygen of about 13–18% are used as a coolant for drying sawdust, which is the reason for frequent wood burning in dryers. Therefore, traditionally, the developers of dryers are forced to reduce the temperature of the coolant at the inlet (for example, in the prototype to 230 ÷ 260 ° C), which naturally reduces the drying efficiency. The gaseous coolant used in the proposed device for continuous heat treatment is depleted in oxygen and saturated with moisture. The water content in the vapor-gas mixture circulating in the channel is 350 ÷ 500 g / m 3 (more than 30%),
3. Известно, что сушка - процесс эндотермический и идет лишь при подводе тепла. Стадия сушки древесины заканчивается примерно при 105°C. На этой стадии из древесины удаляется содержащаяся в ней влага, химический состав древесины почти не изменяется и летучих продуктов практически не образуется. Пока не закончится процесс сушки, температура внутри камеры остается в пределах 150°C, не смотря на начальную температуру теплоносителя выше 400°C. Поэтому контроль температуры материала на выходе в пределах 150°C предупреждает, во-первых, возгорание, во-вторых, начальную стадию распада древесины, собственно пиролиз.3. It is known that drying is an endothermic process and occurs only when heat is supplied. The wood drying step ends at about 105 ° C. At this stage, the moisture contained in it is removed from the wood, the chemical composition of the wood remains almost unchanged and almost no volatile products are formed. Until the drying process is completed, the temperature inside the chamber remains within 150 ° C, despite the initial temperature of the coolant above 400 ° C. Therefore, controlling the temperature of the material at the outlet within 150 ° C prevents, firstly, ignition, and secondly, the initial stage of wood decay, actually pyrolysis.
4. Как указано в п. 2 раздела описания «техническая сущность», газообразный теплоноситель, используемый в предлагаемом устройстве для непрерывной термообработки, обеднен по содержанию кислорода и насыщен влагой. Это достигается подачей части отработанной парогазовой смеси в искрогаситель топочной печи, где происходит активное смешивание топочных и возвратных газов. В результате получаем рабочий газовый теплоноситель с заданной температурой и составом, причем регулировка температуры и состава газового теплоносителя осуществляется с помощью, например, шиберных затворов, установленных на циклоне.4. As indicated in paragraph 2 of the description of the "technical essence", the gaseous coolant used in the proposed device for continuous heat treatment is depleted in oxygen and saturated with moisture. This is achieved by supplying part of the spent vapor-gas mixture to the spark arrester of the furnace, where active mixing of the furnace and return gases takes place. As a result, we obtain a working gas coolant with a given temperature and composition, and the temperature and composition of the gas coolant are adjusted using, for example, slide gates mounted on a cyclone.
5. Задача эффективной сушки сырья с крупностью частиц в диапазоне от микронного уровня до 3÷5 мм решается в предлагаемом комплексе путем возврата крупной фракции на повторный цикл сушки (за цикл принимается единичный проход материала по каналу сушки). При этом крупный материал, требующий дополнительной сушки, не выводится из канала сушки, как в прототипе, а с помощью узла возврата, установленного внутри канала сушки, направляется на повторный цикл. Количество повторяющихся циклов определяется заданной целевой влажностью. Возможность повторной обработки без вывода крупного материала из канала сушки позволяет обеспечить режим сушки с непрерывным нарастанием динамики снижения влажности, что позволяет значительно снизить затраты энергии.5. The problem of efficient drying of raw materials with particle sizes ranging from micron level to 3 ÷ 5 mm is solved in the proposed complex by returning a large fraction to a repeated drying cycle (a single pass of material through the drying channel is taken as a cycle). At the same time, large material requiring additional drying is not removed from the drying channel, as in the prototype, but is sent for a repeated cycle using the return unit installed inside the drying channel. The number of repeating cycles is determined by a given target humidity. The possibility of reprocessing without removing large material from the drying channel makes it possible to provide a drying mode with a continuous increase in the dynamics of humidity reduction, which can significantly reduce energy costs.
6. Задача эффективной сушки сырья с любой исходной влажностью решается по-разному в зависимости от конкретной ситуации. Как правило, если за один цикл не достигнута целевая влажность, то поворотным затвором узла возврата перекрывается выход материалу и материал направляется на повторный цикл. В случае, когда влажность исходного сырья превышает естественную влажность (40÷50%), в узле ввода предусмотрена одновременная подача влажного и предварительно высушенного материала в определенном соотношении для усреднения влажности подаваемого материала.6. The problem of effective drying of raw materials with any initial humidity is solved differently depending on the specific situation. As a rule, if the target humidity has not been reached in one cycle, then the rotary shutter of the return unit shuts off the output to the material and the material is sent for a second cycle. In the case when the humidity of the feedstock exceeds the natural humidity (40 ÷ 50%), the feed unit provides for the simultaneous supply of wet and pre-dried material in a certain ratio for averaging the moisture content of the feed material.
7. На предлагаемом комплексе так же эффективно, как сушку, можно осуществлять торрефикацию древесных частиц. С точки зрения технологических приемов процессы в предлагаемом комплексе идентичны, отличие лишь в изменении начальной температуры газового теплоносителя, повышении контролируемой температуры на выходе и увеличении времени нахождения древесного материала в кольцевом канале, как указано в формуле изобретения.7. At the proposed complex, as efficient as drying, it is possible to carry out the torrefaction of wood particles. From the point of view of technological methods, the processes in the proposed complex are identical, the only difference is in changing the initial temperature of the gas coolant, increasing the controlled outlet temperature and increasing the residence time of the wood material in the annular channel, as indicated in the claims.
8. Все вышесказанное позволяет считать предлагаемый комплекс универсальным, одинаково эффективно работающим как в режиме сушки, так и торрефикации, причем происхождение древесного материала, исходная влажность не ограничены. Профессиональный подход к термообработке позволяет настроить комплекс на любое исходное древесное сырье, единственное требование к сырью - крупность не более 5 мм.8. All of the above allows us to consider the proposed complex as universal, equally efficiently working both in the drying and torrefaction mode, and the origin of the wood material, the initial humidity are not limited. A professional approach to heat treatment allows you to customize the complex to any source of wood raw materials, the only requirement for raw materials is fineness not more than 5 mm.
Сравнительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и решения по прототипу показал следующее.A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solutions and solutions for the prototype showed the following.
Принципиальным отличием предлагаемого комплекса от прототипа, позволяющим использовать его в промышленном масштабе, является конструкция сушильной камеры: закольцованный трубный канал с организованной горизонтальной траекторией движения всех частиц материала. Достичь высокой производительности позволяет значительный, желательно более метра, диаметр трубы и установка двух вентиляторов: внутри канала и на выходе материала из него.The fundamental difference between the proposed complex and the prototype, which allows it to be used on an industrial scale, is the design of the drying chamber: a ringed pipe channel with an organized horizontal path of movement of all particles of the material. Achieve high performance allows a significant, preferably more than a meter, pipe diameter and the installation of two fans: inside the channel and at the outlet of the material from it.
Также принципиально разный подход в прототипе и предлагаемом решении в части организации повторной сушки в случае не достижения за один проход целевой влажности. В прототипе это решается направлением подсушиваемого материала на повторную сушку по контуру обратной связи, расположенным за пределами сушильной камеры, и/или созданием батареи из последовательно соединенных единичных модулей. В предлагаемом комплексе досушка осуществляется без выхода материала из трубного канала, когда материал узлом возврата, установленным в канале в непосредственной близости к узлу вывода, направляется на повторный цикл. Такое конструктивное решение позволило расширить возможности комплекса, одинаково эффективно работающего как в режиме сушки, так и в режиме торрефикации.There is also a fundamentally different approach in the prototype and the proposed solution regarding the organization of re-drying if the target humidity is not achieved in one pass. In the prototype, this is solved by directing the material to be dried for re-drying along a feedback loop located outside the drying chamber, and / or by creating a battery of unit modules connected in series. In the proposed complex, drying is carried out without the material leaving the pipe channel, when the material is returned to the recycling unit by a return unit installed in the channel in close proximity to the output unit. Such a constructive solution made it possible to expand the capabilities of the complex, which works equally efficiently both in the drying mode and in the torrefaction mode.
Универсальность предлагаемого комплекса также обеспечивается особенностями системы подготовки газообразного теплоносителя. В отличие от прототипа, где снижения температуры топочных газов до целевого значения достигают за счет их смешивания с наружным воздухом, в предлагаемом комплексе топочные газы разбавляют возвратными отработанными газами камеры термообработки.The universality of the proposed complex is also provided by the features of the gaseous coolant preparation system. In contrast to the prototype, where the temperature reduction of the flue gases to the target value is achieved by mixing them with the outside air, in the proposed complex the flue gases are diluted with return exhaust gases from the heat treatment chamber.
Приведенный сравнительный анализ заявляемого решения и решения по прототипу свидетельствует, что заявляемое решение соответствует критерию патентоспособности «новизна».The above comparative analysis of the proposed solution and the prototype solution indicates that the proposed solution meets the patentability criterion of "novelty."
В результате поиска по патентным и другим техническим источникам информации не выявлены технические решения, характеризующиеся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью признаков, обеспечивающих достижение аналогичных результатов при использовании, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».As a result of a search by patent and other technical sources of information, technical solutions were not identified that are characterized by a combination of features similar to the proposed solution, ensuring the achievement of similar results when used, which allows us to conclude that the proposed technical solution meets the patentability criterion of "inventive step".
Тем не менее, отдельные признаки, характеризующие заявляемое решение, выявлены в известных в настоящее время информационных источниках.However, some features characterizing the claimed solution are identified in currently known information sources.
1. Кольцевая сушильная камера, размещенная в горизонтальной плоскости, известна из патента РФ №2228496 «Устройство для удаления жидкости из дисперсного вещества» (F26B 3/10, патентообладатель - А-Эс-Иот Холдинг АпС (DK), дата приоритета - 07.01.1999 г.). В качестве теплоносителя используется перегретый пар, подаваемый через перфорированное днище кольцевого канала. Сушка осуществляется в кипящем слое, причем дисперсный материал перемещается по кольцевой камере в режиме вращательного движения от загрузочного патрубка до выпускного, выполненных в кольцевом канале. В целом конструкция сушки очень сложная, оснащена множеством внутренних пластин и надставок, что может вызывать сомнение в работоспособности этого устройства при сушке материала, склонного к налипанию. В данной конструкции также есть элемент разделительной перегородки, перекрывающей канал сушки для обеспечения выгрузки. Разделительная перегородка установлена жестко, поэтому в сушке не возможно повторение цикла без вывода материала из канала.1. An annular drying chamber placed in a horizontal plane is known from RF patent No. 2228496 "Device for removing liquid from a dispersed substance" (
2. В работе В.И. Муштаева и др. «Сушка в условиях пневмотранспорта» (М., Химия, 1984 г. ) приводится способ сушки дисперсных материалов в вертикальной пневматической трубе-сушилке, используемый английской фирмой «Барр-Мерфи». На сушку подается смесь материала с исходной повышенной влажностью и предварительно подсушенного материала, в результате чего усредненная влажность понижается. Смесь готовится в смесителе и направляется на дезинтегратор с функцией измельчения. Выход из дезинтегратора конструктивно совмещен с трубой Вентури, которая является частью пневматической трубы-сушилки. Сушильный агент представляет собой смесь топочных газов, свежего воздуха и рециркулирующего газа из канала сушки. Крупные частицы могут совершать несколько проходов через пневмосушилку, но после повторяющегося прохода через дезинтегратор с функцией измельчения. Сушилка указанной фирмы может быть применена только для удаления свободной влаги; для удаления связанной влаги данный аппарат использовать нельзя в силу незначительной продолжительности пребывания частиц высушиваемого продукта в пневмотрубе (2÷3 с).2. In the work of V.I. Mushtaeva et al. “Drying under the conditions of pneumatic transport” (M., Chemistry, 1984), a method of drying dispersed materials in a vertical pneumatic tube-dryer, used by the English company Barr-Murphy, is given. For drying, a mixture of material with initial high humidity and pre-dried material is fed, as a result of which the average humidity decreases. The mixture is prepared in a mixer and sent to a disintegrator with a grinding function. The outlet from the disintegrator is structurally combined with a venturi, which is part of a pneumatic dryer pipe. The drying agent is a mixture of flue gases, fresh air and recycle gas from the drying channel. Large particles can make several passes through the air dryer, but after repeated passage through the disintegrator with the grinding function. The dryer of the specified company can only be used to remove free moisture; this apparatus cannot be used to remove bound moisture due to the short residence time of the particles of the dried product in the pneumotube (2–3 s).
3. В случае недостижения целевой влажности при завершении одного полного цикла пневмосушки, как правило, конструируют батарею идентичных пневмосушек минимум из двух агрегатов, установленных последовательно, как, например, в А.С. СССР №496455 «Пневмосушилка для сыпучих и волокнистых материалов» (F26b 17/10). Или как в прототипе.3. If the target humidity is not achieved at the end of one full cycle of air drying, as a rule, a battery of identical air dryers is constructed from at least two units installed in series, as, for example, in A.S. USSR No. 496455 "Air dryer for bulk and fibrous materials" (
4. Использование поворотной заслонки внутри канала пневмосушки известено из авторского свидетельства СССР №524054 (F26B 17/10, 1974 г.). Спиральная пневмосушка, образуемая каналом прямоугольного сечения, подключена к загрузочному устройству на периферийном витке, а на центральных, имеющих сепарационные разрывы, - к разгрузочным устройствам, при этом участок центральных витков между разрывами выполнен в виде поворотной заслонки серповидной формы. Сушильный канал заканчивается сепаратором-досушивателем, который представляет собой дисковую сушильную камеру, образованную боковыми стенками сушилки и последним витком спирального канала. В дисковой сушильной камере находится неподвижный направляющий спиралевидный элемент, приваренный к боковой стенке сушилки, а участок центральных витков выполнен в виде поворотной заслонки серповидной формы. В центре дисковой сушильной камеры находится отверстие для выхода газовзвеси высушенного материала из сушилки. Благодаря наличию поворотной заслонки можно регулировать время пребывания продукта в дисковой сушильной камере, а значит и время сушки. Это имеет большое значение при сушке трудносохнущих материалов. Однако, как отмечают сами авторы, максимальное время пребывания ограничено минимальной величиной порозности взвешенного слоя вращающегося кольца газовзвеси в дисковой камере. То есть возможности этой конструкции ограничены в области сушки влажных, полидисперсных материалов, требующих удаления связанной влаги. Кроме того, следует отметить, что сушка имеет высокое аэродинамическое сопротивление, обусловленное постоянно изменяющимся радиусом закрутки канала, требующим повышенных затрат энергии на прокачивание потока газовзвеси через сушилку.4. The use of a rotary damper inside a pneumatic drying channel is known from the USSR copyright certificate No. 524054 (
Приведенная выше информация, касающаяся как прототипа, так и известных решений в аналогичной области, позволяет сделать вывод, что новая совокупность известных и неизвестных признаков, отличающаяся как технической сущностью признаков, так и их последовательностью и взаимосвязью, обеспечивает в предлагаемом решении достижение технического результата более высокого по сравнению с известными уровня.The above information regarding both the prototype and the known solutions in a similar field allows us to conclude that the new set of known and unknown features, which differs in both the technical nature of the features and their sequence and interconnection, ensures the achievement of a higher technical result in the proposed solution compared to the known level.
Отличительные признаки, указанные в формуле изобретения, явно не следующие из уровня техники, свидетельствуют о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».Distinctive features specified in the claims, clearly not following from the prior art, indicate the compliance of the proposed solution with the patentability criterion of "inventive step".
На фиг. 1 представлена принципиальная схема заявляемого комплекса для непрерывной термообработки, например, древесных опилок, а на фиг. 2 - узел возврата материала в сушильную камеру устройства (сечение А-А, подвижная часть заслонки в положении 6′).In FIG. 1 presents a schematic diagram of the inventive complex for continuous heat treatment, for example, wood sawdust, and in FIG. 2 - site return material in the drying chamber of the device (section aa, the movable part of the shutter in
Комплекс, представленный на фиг. 1 - это лишь один из наиболее предпочтительных вариантов компоновки предлагаемого решения, но возможно и какое-то другое конструкторское решение для реализации заявленных способов термообработки. Обязательным требованием реализации изобретения является наличие закольцованного трубного канала с горизонтальным движением рабочего потока и с возможностью возврата на повторный цикл термообработки без вывода потока за пределы трубного канала.The complex shown in FIG. 1 is only one of the most preferred layout options for the proposed solution, but some other design solution is also possible for implementing the claimed heat treatment methods. A mandatory requirement for the implementation of the invention is the presence of a looped pipe channel with horizontal movement of the working stream and with the possibility of returning to a repeated heat treatment cycle without removing the stream outside the pipe channel.
Согласно фиг. 1, комплекс содержит камеру пневмотранспортировки смешанного потока газообразного теплоносителя и твердых мелких частиц в виде закольцованного трубного канала 1; узел ввода твердых мелких частиц 2; узел подачи газообразного теплоносителя 3; узел вывода смешанного рабочего потока «газ-твердое» 4 с вентилятором 5; узел возврата материала в камеру устройства для повторной термообработки 6; систему подготовки газообразного теплоносителя 7; систему предварительной подготовки обрабатываемого материала 8; вентиляционный узел 9; по меньшей мере, один циклон 10; трубу 11 для выброса части отработанной парогазовой смеси в атмосферу; трубный канал 12 для возвратной части парогазовой смеси в процесс термообработки; камеры искрогасителя 13, предохранительные клапаны 14, выполненные в верхней части трубного канала 1, при этом узел ввода материала 2 снабжен двумя параллельными каналами ввода 15. На фиг. 1 также изображен накопительный бункер 16, наличие которого не обязательно, так как подсушенный материал в зависимости от конкретного производства может иметь различные способы как накопления, так и дальнейшей переработки горячего материала непосредственно из циклона.According to FIG. 1, the complex comprises a pneumatic conveying chamber for a mixed flow of a gaseous coolant and solid small particles in the form of a looped pipe channel 1; node input solid fine particles 2; node supplying a
Пример одного из вариантов выполнения узла возврата материала в тепловую камеру при повторном цикле термообработки представлен на фиг. 2. Представлен шарнирный поворотный вариант исполнения заслонки с ее установкой в канале в непосредственной близости к узлу вывода смешанного потока 4. Поворотная заслонка выполнена из листового материала и состоит из двух частей: первая часть имеет профиль сегмента 17, плотно прилегающего к внутренней стенке трубы с жесткой фиксацией положения, а вторая часть 18 шарнирно закреплена на оси 19, жестко установленной в канале 1. Профиль второй части заслонки обеспечивает перекрытие выпускного отверстия канала в условиях повторяющихся циклов термообработки, а при термообработке в один цикл перекрывает канал. Заслонка также может быть дополнительно снабжена сетчатым поворотным жалюзи, применяемым при повторной термообработке полидисперсного материала (на фиг. 2 не показана).An example of one embodiment of a unit for returning a material to a heat chamber during a repeated heat treatment cycle is shown in FIG. 2. An articulated swivel version of the damper with its installation in the channel in the immediate vicinity of the mixed flow outlet unit is presented. 4. The rotary damper is made of sheet material and consists of two parts: the first part has a
Предлагаемый комплекс непрерывной термообработки твердых мелких частиц, как отмечалось выше, одинаково эффективен как для сушки различных твердых мелких частиц, так и торрефикации частиц древесного происхождения.The proposed complex continuous heat treatment of solid fine particles, as noted above, is equally effective both for drying various solid fine particles and torrefaction of particles of wood origin.
В режиме сушки, например сырья древесного происхождения, комплекс работает следующим образом.In the drying mode, for example, raw materials of wood origin, the complex operates as follows.
Предварительно подготовленная в системе 8 измельченная древесина посредством, например, шнека подается в накопительный бункер (на фиг. 1 не показан), в котором уровень заполнения контролируется, например, через смотровое окно. Однако подача может осуществляться любым приемлемым способом, например под действием силы тяжести, конвейером и т.д. Для обеспечения оптимальной подачи влажных опилок или смеси опилок с другими материалами, например корой, входное устройство может быть снабжено контроллером. В случае шнековой загрузки контролируется привод шнека; в случае гравитационной подачи контролируется, например, положение шиберного затвора и т.д. Из накопительного бункера через шибер (на фиг. 1 не показан) под действием тяги, обеспечиваемой работой вентилятора высокого давления 9, частицы древесина поступают в закольцованный трубный канал теплообменника 1 одновременно с теплоносителем. При этом через узел 3 теплоноситель подают потоком, желательно, совпадающим с направлением движения рабочего потока в канале, то есть вдоль стенок канала. Во время прохождения частиц древесины по направленному нагревательному каналу температура частиц древесины достигает температуры испарения влаги и газообразный теплоноситель обогащается паром, то есть сушку осуществляют в парогазовой атмосфере.Chopped wood pre-prepared in
Канал в верхней части снабжен предохранительными клапанами 14 для сброса избыточного давления внутри канала. Конструкция клапанов 14 не имеет принципиального значения. Рабочий поток материала переходит в канале в псевдоожиженное состояние, наиболее благоприятное для термообработки мелких частиц. В тоже время продвижение материала в псевдоожиженном состоянии по каналу наиболее эффективно, особенно в условиях повторяющихся циклов термообработки. В процессе сушки частицы древесины, подхваченные потоком теплоносителя, перемещаются к выпускному узлу 4.The channel in the upper part is equipped with
В случае моноцикличной обработки, когда подвижная часть заслонки 18 находится в положении 6′, рабочий поток под действием тяги, обеспечиваемой вентилятором 5, направляется в циклон 10, где подсушенный материал отделяется от отработанной парогазовой смеси и направляется либо в накопительный бункер 16, либо непосредственно на дальнейшую переработку. Парогазовая смесь разделяется на два потока: 11 - в атмосферу, 12 - возвратный поток для приготовления свежей газовой рабочей смеси, направляемой в канал термообработки. Смешивание возвратных газов с топочными газами осуществляется, например, в первой камере искрогасителя 13 при использовании в системе подготовки газообразного теплоносителя 7 в качестве генератора тепла печи на твердом топливе.In the case of monocyclic processing, when the movable part of the
В случае необходимости повторения цикла термообработки рабочий поток может полностью или частично вновь направляться в закольцованный трубный канал, что обеспечивается при положении 6" подвижной части заслонки 18. Количество идентичных циклов определяется характеристиками исходного сырья и требуемой степенью подсушки. Возможность повторения идентичных циклов нагрева обеспечивает последовательный плавный нагрев материала с более равномерной и глубокой его сушкой.If it is necessary to repeat the heat treatment cycle, the working stream can be completely or partially redirected to the looped pipe channel, which is ensured at the 6 "position of the movable part of the
При осуществлении способа торрефикации комплекс работает аналогичным способу сушке образом. Отличие лишь в увеличении количества повторяющихся циклов термообработки, что обеспечивает более глубокий прогрев материала, требуемый для запуска процесса торрефикации.When implementing the method of torrefaction, the complex works in a similar way to the drying method. The only difference is the increase in the number of repeated heat treatment cycles, which provides a deeper heating of the material required to start the torrefaction process.
В предлагаемом комплексе для термообработки возможна сушка материалов не древесного происхождения, причем это не требует внесения каких-либо конструктивных изменений.In the proposed complex for heat treatment, drying of non-wood materials is possible, and this does not require any structural changes.
В настоящее время предлагаемый комплекс термообработки прошел полупромышленные испытания как в режиме сушки, так и в режиме торрефикации. Внутренний диаметр испытанного трубного канала - 100 см. Испытания прошли успешно. В режиме сушки была достигнута производительность около трех тонн в час. Производительность по торрефикату - более одной тонны в час. Испытания комплекса в промышленных условиях доказали возможность адаптации комплекса к любому сырью с достижением любой целевой влажности материала без изменений конструкции в целом.Currently, the proposed heat treatment complex has passed semi-industrial tests both in the drying mode and in the torrefaction mode. The inner diameter of the tested pipe channel is 100 cm. The tests were successful. In the drying mode, a productivity of about three tons per hour was achieved. Torreficiency capacity - more than one ton per hour. Tests of the complex under industrial conditions proved the possibility of adapting the complex to any raw material to achieve any target moisture content of the material without changing the design as a whole.
Также испытания показали, что данный комплекс значительно эффективнее в части энергетики по сравнению с известными сушками. Принимая во внимание простоту в изготовлении и эксплуатации, можно рекомендовать данный комплекс для широкого внедрения в производство.Tests also showed that this complex is much more effective in terms of energy compared to known dryers. Given the ease of manufacture and operation, it is possible to recommend this complex for widespread implementation in production.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015117200/06A RU2596683C1 (en) | 2015-05-05 | 2015-05-05 | System for continuous heat treatment of solid fine particles, mainly disperse wood materials and methods of heat treatment, implemented using said complex |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015117200/06A RU2596683C1 (en) | 2015-05-05 | 2015-05-05 | System for continuous heat treatment of solid fine particles, mainly disperse wood materials and methods of heat treatment, implemented using said complex |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2596683C1 true RU2596683C1 (en) | 2016-09-10 |
Family
ID=56892331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015117200/06A RU2596683C1 (en) | 2015-05-05 | 2015-05-05 | System for continuous heat treatment of solid fine particles, mainly disperse wood materials and methods of heat treatment, implemented using said complex |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2596683C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108387103A (en) * | 2018-02-12 | 2018-08-10 | 吴宇 | A kind of bathroom towel drying device |
| RU2674290C1 (en) * | 2017-10-23 | 2018-12-06 | Дмитрий Борисович Сушенцев | Device for drying raw material from dispersed material (options) |
| WO2019156593A1 (en) | 2018-02-06 | 2019-08-15 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМЕТЕЙ" | Industrial complex for the production of charcoal |
| RU2706874C2 (en) * | 2017-12-29 | 2019-11-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") | Apparatus for drying disperse high-moisture materials |
| RU2714648C1 (en) * | 2019-07-16 | 2020-02-18 | Смышляев Сергей Владимирович | Reactor for wood raw material torrefication |
| RU2714649C1 (en) * | 2019-07-16 | 2020-02-18 | Смышляев Сергей Владимирович | Method for wood raw materials torrefication |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3518772A (en) * | 1968-09-30 | 1970-07-07 | Barr & Murphy Ltd | Apparatus for drying finely divided heat sensitive particles |
| SU1495614A1 (en) * | 1987-04-13 | 1989-07-23 | Московский Институт Химического Машиностроения | Pneumatic drier for particulate materials |
| US8132337B1 (en) * | 2008-02-27 | 2012-03-13 | Robert Batey | Method and apparatus for drying wood particles/sawdust and other particulate matter |
| EA018161B1 (en) * | 2008-06-11 | 2013-05-30 | Био Энерджи Дивелопмент Норт Аб | Method and apparatus for the manufacture of torrefied lignocellulosic material |
-
2015
- 2015-05-05 RU RU2015117200/06A patent/RU2596683C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3518772A (en) * | 1968-09-30 | 1970-07-07 | Barr & Murphy Ltd | Apparatus for drying finely divided heat sensitive particles |
| SU1495614A1 (en) * | 1987-04-13 | 1989-07-23 | Московский Институт Химического Машиностроения | Pneumatic drier for particulate materials |
| US8132337B1 (en) * | 2008-02-27 | 2012-03-13 | Robert Batey | Method and apparatus for drying wood particles/sawdust and other particulate matter |
| EA018161B1 (en) * | 2008-06-11 | 2013-05-30 | Био Энерджи Дивелопмент Норт Аб | Method and apparatus for the manufacture of torrefied lignocellulosic material |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2674290C1 (en) * | 2017-10-23 | 2018-12-06 | Дмитрий Борисович Сушенцев | Device for drying raw material from dispersed material (options) |
| RU2706874C2 (en) * | 2017-12-29 | 2019-11-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") | Apparatus for drying disperse high-moisture materials |
| WO2019156593A1 (en) | 2018-02-06 | 2019-08-15 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМЕТЕЙ" | Industrial complex for the production of charcoal |
| EP3750976A4 (en) * | 2018-02-06 | 2021-04-28 | Obshchestvo S Ogranichennoi Otvetstvennost'yu "Prometej" | Industrial complex for the production of charcoal |
| CN108387103A (en) * | 2018-02-12 | 2018-08-10 | 吴宇 | A kind of bathroom towel drying device |
| RU2714648C1 (en) * | 2019-07-16 | 2020-02-18 | Смышляев Сергей Владимирович | Reactor for wood raw material torrefication |
| RU2714649C1 (en) * | 2019-07-16 | 2020-02-18 | Смышляев Сергей Владимирович | Method for wood raw materials torrefication |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2596683C1 (en) | System for continuous heat treatment of solid fine particles, mainly disperse wood materials and methods of heat treatment, implemented using said complex | |
| EA026196B1 (en) | Biomass torrefaction system and method | |
| RU2014141413A (en) | DEVICE FOR CONTINUOUS DRYING OF PARTICLES | |
| CN206531380U (en) | A kind of feed drying device | |
| KR101902234B1 (en) | Screw-type Reactor for Biomass Torrefaction | |
| KR101772906B1 (en) | Pellet forming system | |
| GB2564029A (en) | Biomass Treatment process | |
| CN102062525A (en) | Negative-pressure microwave uniform spraying and drying device and application | |
| Sun et al. | Review of torrefaction reactor technology | |
| US9272288B2 (en) | Method and system for the conditioning of raw biomass | |
| CA2727638A1 (en) | Optimization of combustion process | |
| CN105546961A (en) | Medicinal material stewing and drying device | |
| RU2265625C1 (en) | Method and device for converting organic agents into gas or liquid fuel | |
| RU2602107C2 (en) | Plant for gasification of rice husks | |
| RU2314472C1 (en) | Grain drying apparatus | |
| CN106642143A (en) | Garbage drying furnace | |
| JP2010111712A (en) | Continuous volume reduction carbonizing device | |
| CN116376578A (en) | Continuous carbonization method and equipment for biomass waste by utilizing aerodynamic method | |
| KR20150089180A (en) | Discharging apparatus for grain dryer | |
| RU2251060C1 (en) | Shaft type grain drier | |
| CN104194857B (en) | Biomass raw material treatment method and system thereof | |
| US20180187973A1 (en) | Process and Plant for Processing and Drying of Solid Materials in Small Pieces | |
| RU2674290C1 (en) | Device for drying raw material from dispersed material (options) | |
| CN201837211U (en) | Honeycomb type continuous driving-solvent drier | |
| SE1050033A1 (en) | Pneumatic steam dryer for the production of fuel pellets and process for this |