Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Теоретические основы и практическая реализация процессов супжи при подготовке углей для сжигания на теплоэлектростанциях
1.1. Теоретические основы процесса сушки ископаемых углей 9
1.1.1. Распределение влаги в материале и кинетика его сушки 9
1.1.2. Усадка и растрескивание материала в процессе сушки 15
1.2. Процессы подготовки угля к сжиганию 18
1.2.1. Дробление как стадия подготовки угля к сушке 19
1.2.2. Существующие методы сушки материалов 20
1.2.3. Технологический процесс сушки ископаемых углей 24
1.2.4. Пылеприготовление высушенных углей 28
1.3. Микроволновая энергия для сушки материалов 30
1.3.1. Применение микроволновой энергии в технологических процессах 30
1.3.2. Теоретические основы MB-воздействия на материалы 33
1.3.3. Тепло- и массообмен при микроволновой сушке 36
Выводы к главе 1 39
Глава 2. Методы исследования процесса сушки бурого угля, характеристика исходного сырья, приборы и оборудование
2.1. Цель и задачи исследования процесса сушки, общая схема проведения эксперимента 40
2.2. Методы оценки качества сырья и продуктов его переработки 42
2.3. Аппаратура и методики эксперимента 45
2.4. Характеристика исходного сырья 51
2.5. Обсуждение результатов 62
Глава 3. Исследование процесса сушки бурых углей воздействием микроволнового излучения 64
3.1. Особенности протекания процесса сушки бурых углей конвективным способом и под МВ-воздействием 64
3.2. Сушка бурых углей воздействием МВ-излучения 66
3.2.1. Сушка МВ-воздействием без обдува поверхности воздухом 66
3.2.2. Сушка угля МВ-воздействием с обдувом поверхности воздухом 73
3.3. Влияние МВ-излучения на характеристики бурого угля 79
3.3.1. Влияние МВ-воздействия на технический и элементный состав 79
3.3.2. Влияние воздействия МВИ на физические характеристики угля 82
Обсуждение результатов 87
Глава 4. Энергетический баланс сушильных конвективных и МВ-установок .
4.1. Теоретический расчет энергетических затрат на сушку 1 т влажного бурого угля. 89
4.2. Тепловой расчет углеразмольной установки конвективного типа. 91
4.3. Энергетический баланс MB - установки 94
Обсуждение результатов 98
Глава 5. Технико - экономическое обоснование реализации результатов исследований 99
5.1. Экономическая эффективность топливоподготовки с использованием МВ-излучения
5.1.1. Расчет себестоимости топливоподготовки с использованием MB-излучения 101
5.1.2. Экономическая эффективность реконструкции участка пылеприготовления 103
5.1.3. Расчет выбросов в атмосферу окислов серы 107
5.1.4. Расчет выбросов в атмосферу оксидов азота 108
5.1.5. Определение платы и ее предельных размеров за загрязнение окружающей природной среды 110
Обсуждение результатов 112
Выводы 114
Приложение 123
- Распределение влаги в материале и кинетика его сушки
- Методы оценки качества сырья и продуктов его переработки
- Сушка угля МВ-воздействием с обдувом поверхности воздухом
- Экономическая эффективность реконструкции участка пылеприготовления
Введение к работе
Актуальность работы. Сокращение запасов нефти и газа приводит к необходимости перехода на твердые горючие ископаемые: сланцы, бурые и низ-кометаморфизованные каменные угли. Основным направлением применения бурого угля является его топливное использование на теплоэлектростанциях (ТЭС), малых котельных и промышленных предприятиях. Основными важными этапами топливоподготовки является дробление и сушка. Это дорогостоящие процессы, как в отношении потребления энергии, так и требуемого производственного времени. Кроме того, твердое топливо, особенно бурый уголь, содержит до 3 % серы и 1,5-^2% азота. При их сжигании образуются оксиды и диоксиды серы и азота, что влечет за собой дополнительную нагрузку на окружающую среду. Развитие теплоэнергетики в современных условиях требует высококачественного топлива с низким содержанием серы и азота. В отличие от жидкого и газообразного топлива природные угли имеют высокую зольность и влажность. Для их подготовки к сжиганию требуются дополнительные затраты, связанные с сушкой и дроблением. Оборудование для сушки и дробления занимает большие площади, имеет высокую металло- и энергоемкость. Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что существует необходимость модернизации процессов подготовки топлива с целью повышения эффективности работы теплоэлектростанций, снижения энергозатрат, металлоемкости оборудования и объема вредных выбросов в атмосферу.
Развитие СВЧ техники позволяет создать установки для сушки углей и частичному их дроблению, снижению содержания серы с 3 % до 0,8 % и азота до 0 %. Такие установки позволяют снизить затраты на углеподготовку и повысить экологичность выбросов, особенно это важно для котельных, работающих в жилых кварталах.
Таким образом, подготовка твердого топлива к сжиганию и повышение его экологических характеристик обосновывает актуальность работы.
Работа выполнена в рамках Аналитической ведомственной целевой программы Министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)»; в рамках хоздоговорной темы «Разработка технологии сушки угольного концентрата» для ОАО «Северсталь».
Цель работы: Разработка конкурентоспособного способа подготовки твердого топлива для последующего его сжигания на теплоэлектростанциях и котельных с использованием в качестве теплового воздействия на уголь микроволнового излучения на стадиях сушки и дробления.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- выбор сырья для сжигания и комплексная оценка его физико-
химических свойств;
разработка способа подготовки бурого угля для сжигания с установлением оптимальных параметров проведения процесса и оценкой качества конечного продукта;
создание пилотной установки производительностью 1 т/ч по готовому продукту для отработки технологических режимов: частичного дробления и сушки угля под воздействием микроволновой энергии;
проведение исследований по удалению азота и сокращения содержания серы при воздействии микроволнового излучения на уголь;
наработка буроугольного топлива с оптимальными показателями качества после микроволновой обработки;
апробация разработанного способа в процессе сушки в условиях укрупнённых испытаний.
Научная новизна:
проведены исследования по воздействию МВ-энергии для осуществления процесса сушки низкометоморфизованных бурых углей Мугунского месторождения Иркутского угольного бассейна и Березовского месторождения Кан-ско-Ачинского угольного бассейна;
установлено, что при данном микроволновом способе подготовки топлива улучшается его качество, происходит полное удаление азота и снижается содержание серы;
показано, что в процессе МВ-сушки происходит не только удаление влаги, но и частичное дробление угольного вещества, что приводит к увеличению эффективности дальнейшего размола.
Практическая значимость:
разработан способ подготовки бурого угля Мугунского месторождения Иркутского угольного бассейна и Березовского месторождения Канско-Ачинского угольного бассейна для дальнейшего его сжигания на теплоэлектростанциях и котельных;
создана и испытана с положительным результатом пилотная микроволновая установка непрерывного действия для сушки и частичного дробления бурого угля с производительностью 1,0 т/час, получен акт испытаний;
результаты исследований показали преимущества микроволнового нагрева перед традиционно используемыми методами сушки и дробления угля;
доказано, что при воздействии микроволнового излучения на бурый уголь из него удаляется азот и часть серы.
Основные положения, выносимые на защиту:
- результаты экспериментальных исследований по взаимодействию
микроволнового излучения с буроугольным веществом;
способ микроволновой сушки бурого угля для его подготовки к сжиганию и установка для осуществления данного процесса.
влияние микроволновой энергии на структуру и свойства бурого угля в технологическом процессе сушки;
Достоверность полученных результатов подтверждается использованием многократно проверенных теоретических и эмпирических методик и зависимостей.
Личный вклад автора заключается в участии при разработке и создании микроволновой установки конвейерного типа для подготовки твердого топлива к сжиганию, а также в проведении экспериментов, расчетов и обработке результатов.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: Междунар. науч.-практ. конф. России и стран СНГ «Перспективы развития углехимии и химии углеродных материалов в XXI веке». Звенигород, 2005 г.; Всерос. науч.- практ. конф. «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири», Иркутск, 2006 г.; Между-
нар. конф. «Перспективы развития химической переработки горючих ископаемых», Санкт-Петербург, 2006 г.; Регион, науч.-практ. конф. «Теплофизические основы энергетических технологий», Томск, 2009 г.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 2 научных статьи в журналах, рекомендуемых ВАК, 5 тезисов докладов, получен 1 патент РФ.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и 4 приложений; изложена на 122 стр. машинописного текста, включает 30 рисунков, \9 таблиц и список использованных источников из 96 наименований.
Распределение влаги в материале и кинетика его сушки
Большинство влажных материалов являются капиллярно-пористыми коллоидными телами. Они принадлежат к классу связано-дисперсных систем, где частицы образуют пространственные структурные сетки. К числу капиллярно-пористых коллоидных тел относится большинство материалов, в том числе ископаемый уголь. Коллоидные тела поглощают наиболее близкие по полярности жидкости, увеличиваясь при этом в размерах, причиной чего является расширение эластичных стенок капилляров при поглощении жидкости. Капиллярно-пористые тела впитывают любую смачивающую их жидкость независимо от ее химического состава [2].
Влажные материалы, подвергаемые термической обработке или периоди 10 ческому воздействию тепла и влаги, изменяют свои физические свойства, что обусловлено молекулярным характером связи поглощенной жидкости с веществом тела. Кроме того, перенос поглощенной жидкости или пара, а также тепла внутри капиллярно-пористого коллоидного тела зависит от характера молекулярной связи жидкости с веществом [2].
Вода в угле является одним из его компонентов, и для различных углей её количество колеблется в широких пределах. Обычно в бурых углях содержание влаги больше, чем в каменных и антрацитах, так как бурые угли содержат больше функциональных полярных групп (-ОН, -СООН и т.д.), что способствует удержанию влаги за счет донорно-акцепторных взаимодействий [3]. Влагу в углях подразделяют на внешнюю WfHCUl и внутреннюю W (гигроскопическую) влагу. Внешняя влага удаляется естественным испарением, и уголь после естественного испарения влаги называют воздушно-сухим (при /=20С и влажности воздуха 65%). Влага, оставшаяся в воздушно-сухом угле с зернами диаметром менее 0,2 мм (гигроскопическая влага), называется «аналитической» влагой W2. Поэтому общее количество влаги W0p6m в угле равно [4]: Различают два основных вида связи влаги с капиллярно-пористым телом: физико-механическая и физико-химическая. По виду и прочности удерживания влагу разделяют на ряд составляющих [5, б]: - гидратная вода, входящая в состав минеральных включений в виде одного из компонентов кристаллической решетки; - капиллярная вода, заключенная в капиллярах и ограниченная менисками, удерживаемая под влиянием осмотического давления, создаваемого за счет поверхностной энергии; - адсорбционная вода, удерживаемая на поверхности трещин и пор за счет донорно-акцепторных взаимодействий; - свободная вода, находящаяся за монослоем адсорбированной воды. Влага в угле является балластом, отрицательно влияя на его поверхностные характеристики и реакционную способность органической массы. Под кинетикой процесса сушки понимают изменение среднего влагосодержания й и средней температуры I тела с течением времени т. Эти-закономерности кинетики процесса сушки позволяют рассчитать количество испаренной влаги из материала и расход тепла на- ее- удаление.. Изменение локального влагосодержания и и локальной температуры t с течением времени т зависит от взаимосвязанного механизма переноса влаги и тепла внутри влажного материала, массо- и теплообмена поверхности тела с окружающей средой. Механизм влаго- и теплопереноса внутри влажных тел определяется характером связи влаги с материалом, физико-химическими свойствами материала, способом и режимом сушки. Таким образом, нестационарные поля влагосодержания и температуры определяются закономерностями влаго- и теплопереноса внутри тела, а также внешним влаго- и теплообменом с окружающей средой [7]. Кинетика процесса сушки в первую очередь определяется закономерностями взаимодействия.тела с окружающей-средой; т.е. внешним тепло- и массообменом. Особенности процесса сушки влажных материалов определяются комплексно по характеру изменения локальных влагосодержания и температуры с течением времени. Весь процесс сушки можно разделить на два периода: период постоянной скорости, когда температура материала постоянна, и период падающей скорости, при котором температура материала изменяется. Влагосодержание при переходе первого периода во второй называют критическим. В начале процесса сушки скорость удаления влаги быстро увеличивается и достигает постоянного значения. Начиная с критической точки, скорость сушки уменьшается; по различным законам и при достижении равновесного влагосодержания становится равной нулю. Период постоянной скорости характеризуется постоянной скоростью сушки и постоянной- температурой материала, а период падающей скорости - убывающей скоростью сушки и возрастающей температурой материала [8].
В процессе сушки влага способна перемещаться внутри материала, превращаться в пар и удаляться с поверхности материала в окружающую среду. Выход влаги на поверхность материала с последующим испарением происходит за счёт перепада давлений между поверхностным и нижележащим слоями материала и возникающей диффузией. Наличие температурного градиента внутри материала осложняет механизм переноса влаги. При внешнем нагревании температура поверхности материала выше температуры внутренних слоев тела, влага стремится переместиться внутрь объёма в направлении теплового потока. При наличии источника нагревания внутри объёма тела имеет место градиент влаги. Таким образом, влага перемещается от центра к поверхности.
В капиллярно-пористых телах, когда испарение происходит внутри тела, диффузионному потоку способствует диффузия скольжения, при которой перенос влаги происходит против потока тепла. Скорость перемещения влаги внутри материала зависит от формы капилляров, механизма взаимодействия влаги с материалом, поэтому процесс сушки является физико-химическим [9].
В коллоидном теле влага связана адсорбционными и осмотическими-силами. Механизм сушки капиллярно-пористых коллоидных тел определяется режимом сушки и капиллярно-пористой структурой тела. Значительное влияние на механизм переноса влаги оказывает наличие температурного градиента внутри тела.
Методы оценки качества сырья и продуктов его переработки
Сушка - удаление жидкости (обычно воды) из материала путем теплового воздействия. При сушке удаляется влага, связанная с материалом физико-химическими (адсорбционными и осмотическими) и механическими (влага макро- и микрокапилляров) связями [19]. Цель сушки - удаление влаги из вещества с сохранением его физико-химических свойств, подготовка к переработке, хранению, а также исключение транспортировки балласта. Сушка твердых материалов - процесс, сопровождающийся тепло- и массообменом между сушильным агентом (воздух, топочные газы и др.) и влагой высушиваемого материала. С повышением температуры тела давление паров жидкости на поверхности возрастает, и пары диффундируют в поток сушильного агента. Возникающий при этом градиент концентрации влаги в теле заставляет её перемещаться из глубинных слоев к поверхности со скоростью, зависящей от характера связи влаги с материалом [20].
Выбор условий сушки (температура, давление, скорость движения сушильного агента и др.) зависит от физико-химических свойств высушиваемого материала: склонности к сокращению в объёме (дерево), образованию плотной корки на поверхности (некоторые соли), повышению хрупкости, термостойкости (уголь, бумага) и др. [21].
В настоящее время разработан ряд методов сушки твёрдых материалов, на основе которых сконструированы современные сушилки. По способу подвода тепла различают следующие виды сушки: конвективная, контактная, сублимационная, радиационная (инфракрасным (ИК) излучением), диэлектрическая (токами высокой частоты) и акустическая сушки. В конвективных сушилках тепло, необходимое для испарения влаги из материала, передается обрабатываемому материалу от воздуха, дымовых газов или перегретого пара путем соприкосновения. Соприкасаясь с высушиваемым материалом и передавая ему тепло, теплоносители воспринимают удаляемую из материала влагу. Влага испаряется за счет разности давлений водяных паров на поверхности материала и в воздухе. Этот способ традиционно применяется для сушки углей на теплоэлектростанциях [22]. Сушилки с конвективным способом сушки различных конструкций (камерные, барабанные, пневматические, с кипящим слоем, распылительные и пр.) получили в промышленности наибольшее распространение, благодаря простоте устройства и эксплуатации [19].
Основным недостатком конвективного способа-сушки является то, что движение влаги к поверхности материала идет только за счет перепада между влажностью во внутренних и поверхностных слоях. Градиент температуры ухудшает выход влаги к поверхности, т.к. температура в объёме материала ниже, чем во внешних слоях. В результате влажность на поверхности материала становится ниже гигроскопической и у многих материалов сопровождается началом явления усыхания. Последнее вызывает растяжение наружных и сжатие внутренних слоев в начале сушки и обратное распределение напряжений в конце сушки. Поэтому между интенсивностью сушки и уровнем напряжений устанавливается невыгодная связь: чем интенсивнее сушка, тем выше уровень напряжения. Это приводит к внутренней деформации и разрушению материала, что отчётливо наблюдается при сушке бурого угля [23].
При контактном способе тепло, необходимое для испарения влаги из материала, передается ему путём контакта-с нагретой поверхностью. Сушка материалов контактным, способом осуществляется на воздухе или в атмосфере инертного газа, а также в сушильных камерах вакуумных вальцовых, цилиндрических и контактных сушилок при одностороннем подогреве материала на горячей- поверхности. Градиент температуры, возникающий в объёме тела между нагретой стороной и охлаждённой за счёт испарения внешней поверхностью, определяет скорость- сушки материала. При контактном способе сушки распределение влажности по сравнению с. конвективной сушкой имеет обратный характер, что приводит к снижению скорости сушки [24].
Сублимация — сушка материалов возгонкой- влаги из материалов в замороженном состоянии при глубоком вакууме. Сублимация представляет собой процесс испарения-твердого тела без его плавления или превращение твердого тела в газообразное, минуя жидкую фазу. Особенно активно сублимация; протекает при глубоком вакууме благодаря большим разностям температур между испаряющимся материалом- и источником тепла. Основным недостатком данного метода сушки- является более высокая стоимость процессаи сложность эксплуатации установки [25].
Сублимационные сушилки используют для сушки пищевых продуктов и медицинских препаратов (антибиотиков, плазмы крови и др.) с сохранением основных биологических качеств материала [25].
Радиационный метод сушки обеспечивает передачу тепла, необходимого для испарения влаги, тепловыми (инфракрасными) лучами от генератора излучения, (электроламп или нагретых излучающих поверхностей). Продолжительность сушки инфракрасным (ИК) излучением в несколько раз ниже, чем в конвективных сушилках. Кроме этого, данный метод сушки дешевле и легко совместим с различными производственными процессами [26]. ИК излучение, определяющее интенсивность нагрева поверхности тела, усиливает эффект теплоотдачи без. применения высоких скоростей воздуха и высоких температур агента сушки.
Диэлектрическая сушка (токами высокой частоты) обеспечивает повышение температуры внутри материала, находящегося в поле ВЧ или СВЧ токов, благодаря чему влага из внутренних слоев быстро продвигается к поверхности и испаряется в окружающую среду [27]. На сегодняшний день не удавалось ускорить процесс сушки материалов с низкой внутренней диффузией влаги. Попытки использовать градиент температуры не имели значительного успеха ввиду отсутствия способа создания постоянного и легко регулируемого градиента температуры внутри материала. Эта задача была решена применением токов высокой частоты.
Высокочастотные (ВЧ) сушилки используются главным образом для сушки материалов, обладающих большим сопротивлением внутреннему перемещению влаги (карандаши, тонкие литейные формы). Находясь в поле ВЧ токов, создаваемом специальными генераторами, высушиваемый материал нагревается по всему объёму, что ускоряет процесс сушки. Под действием ВЧ электромагнитного поля дипольные молекулы приобретают колебательное движение, непрерывно ориентируясь в направлении меняющегося поля. Неполярные молекулы поляризуются за счёт смещения их заряда. Данные процессы являются причиной молекулярного трения, что приводит к тепловыделению и нагреванию диэлектрического материала [28].
Сушка угля МВ-воздействием с обдувом поверхности воздухом
Поведение электромагнитных полей определяется уравнениями Максвелла. Распространяясь в различных средах, электромагнитные волны, как и всякие другие волны, могут испытывать отражение, преломление, рассеяние, поглощение. Какой из указанных эффектов играет преобладающую роль, зависит от физических свойств среды (или тел, с которыми взаимодействуют электромагнитные волны) [46].
Степень поглощения электромагнитной энергии зависит от молекулярного строения, геометрической формы, температуры вещества и от частоты электромагнитного поля. На свойстве молекул воды интенсивно поглощать микроволновое излучение основаны многочисленные применения МВ-энергии, связанные, в частности, с процессами сушки различных материалов: древесины, керамики и т.д. [47].
Физическая природа механизма поглощения электромагнитной энергии заключается в следующем. Молекулы любого вещества связаны друг с другом силами межмолекулярного взаимодействия. Под действием переменного электромагнитного поля на вещество внутримолекулярные заряды начинают смещаться. На перемещение заряженных частиц затрачивается работа, которая совершается против сил межмолекулярного взаимодействия, играющего роль внутреннего трения, и которая превращается в теплоту. Это явление называется «диэлектрическим нагревом». Эффективность преобразования энергии переменного электромагнитного поля в тепловую пропорциональна значению коэффициента диэлектрических потерь (коэффициент поглощения энергии), частоте и квадрату напряженности электрического поля в веществе [48].
Поглощаемая материалом мощность пропорциональна частоте излучения, что определяется способностью высокочастотных электромагнитных волн передавать МВ-энергию с большей эффективностью при небольших напряженностях поля.
Важнейшим преимуществом МВ-воздействия является способность электромагнитного поля проникать в материал на значительную глубину, создавая объемное распределение источников тепла, без необходимости создания какой-либо теплообменной среды. При обычных же методах нагрева возникает опасность перегрева поверхности нагреваемого материала до того, как глубинные слои еще не достигли нужной температуры [49].
МВ-воздействие является свободно контролируемым и практически безинерционным процессом, что дает возможность мгновенно дозировать подачу тепла. Также одним из важнейших преимуществ МВ-излучениия является его избирательный характер, поэтому, отдельные компоненты многокомпонентного материала нагреваются по-разному в зависимости от их коэффициента поглощения. Это свойство широко используется при- МВ-сушке материалов, когда вода испаряется из материала, при- этом материал сохраняет свои качества [50]. В пористых материалах в процессе МВ-сушки влага непрерывно движется от внутренних слоев к поверхности материала и испаряется с поверхности, а образующийся пар диффундирует в окружающую среду. В сложных гетерогенных пористых материалах имеет место испарение влаги во внутренних слоях с перемещением влаги внутри материала в жидком и парообразном состояниях.
Применение МВ-излучения во многих случаях повышает экономичность процесса сушки. МВ-установки с общим КПД использования электроэнергии, достигающим 85% за счет отсутствия промежуточных носителей тепла, значительно понижают потребление энергии [51].
МВ-энергия широко используется в настоящее время в различных областях промышленности и техники, таких как пищевая и сельскохозяйственная отрасли, для размораживания больших замороженных масс пищевых продуктов [52]; сублимационной сушки, как одного из эффективных способов сохранения качества продуктов [53], стерилизации сред, содержащих различные микроорганизмы [54].
Резиновая промышленность является областью эффективного применения МВ-нагрева [55]. Большинство каучуковых (резиновых) материалов легко нагревается МВ-энергией, в связи с этим ее широко применяют для вулканизации, при подготовке прессования резины, перед формованием резины выдавливанием [56].
Строительная индустрия - одна из перспективных отраслей применения МВ-излучения, которое используется как для улучшения качества строительных материалов, интенсификации их производства, сокращения сроков строительных циклов, так и для разрушения сносимых конструкций [46, 57, 58]. В деревообрабатывающей промышленности МВ-энергия используется для размораживания, сушки, склеивания древесины [59, 55, 60]; при производстве керамики - для замены традиционных методов в технологических процессах сушки, спекания, шликерном литье, обжиге [61, 62].
В текстильной промышленности MB-излучение находит достаточно широкое применение в таких технологических процессах, как сушка, отбеливание, крашение, термофиксация, склеивание и др. [63]. В химической промышленности проводятся исследования по применению МВ-излучения для ускоренной сушки исходных и конечных продуктов химических реакций, полимеризации пенополистиролов, изготовления устройств на жидких кристаллах, улучшения световых параметров люминофоров [59].
Экономическая эффективность реконструкции участка пылеприготовления
Для исследования скорости потери массы при сушке угля использовали MB установку [79] для проведения термогравиметрического (ТГМ) анализа (рис. 2.2). Установка по снятию термогравиметрических характеристик бурых углей представляет собой конструкцию- в виде волновода бегущей волны 1. Анализируемое вещество помещается на кварцевую сетку 2, расположенную внутри кварцевой колбы 3 с отверстием в донной части 4 для подачи инертного газа. Удаление паров и газов производится через горловину колбы 5. Колба расположена на специальной опорной системе, конструкция которой состоит из двух частей - верхней опорной площадки с отверстием для подачи инертного газа в колбу 6 и нижней опоры с подводящей трубкой 7, имеющей штуцер подвода газа 8 и опорную поверхность 9, размещаемую на аналитических весах 10 (Adventure OHAUS — AR 3130), предел измерения которых 310 г, точность измерения - 0,0001 г. Опорная система имеет притертые поверхности, благодаря которым верхняя опорная площадка фиксируется на трубке нижней опоры.
В боковой стенке волновода, напротив колбы, находится отверстие (не показано) диаметром 30 мм для измерения температуры при помощи дистанционного инфракрасного (ИК) термометра (Condtrol IR4), имеющего диапазон измеряемых температур от -18С до +1500С и погрешность измерения 1%. В процессе работы установки отверстие закрывается шторкой для предотвращения выхода из строя ИК термометра. Измерение температуры производится при отключенном MB генераторе.
На верхней стенке волновода расположен люк для размещения колбы с образцом внутрь волновода. Люк фиксируется в волноводе с помощью резьбы. В центре люка имеется трубка 11, являющаяся шлюзом для горловины колбы, через которую происходит отвод газов. Диаметр и длина трубки рассчитаны таким образом, что излучение через нее- не превышает уровня 0,5 мкВт/см2 при уровне энергии внутри волновода 1,0 кВт по ГОСТ 12.1.006-84. Это допустимый уровень излучения в соответствии с санитарными нормами. Внутренний диаметр трубки 1 см, длина - 3 см. Соосно с трубкой в люке,, на нижней стенке волновода имеется такая же трубка 12 для размещения в ней опорной системы колбы. Обе трубки изготовлены из металла и электрически связанны с волноводом. Излишки MB - энергии поглощаются калориметрической нагрузкой 13, расположенной в торце волновода- за колбой.. Ввод MB - энергии осуществляется стандартным» способом через согласующий резонатор 14, расположенный в торце волновода перед колбой.
Для исследования закономерностей протекания сушки сырья- в МВ-поле использовали метод ТГМ анализа, заключающийся в непрерывном взвешивании исходного сырья при нагревании аналитической фракции ( 3,0 мм) от комнатной температуры до 110С, при этом исследуемый материал помещался на поверхность кварцевой сетки, находящейся внутри кварцевой колбы. Скорость подъема температуры составляла 50+1С/мин." Установка, также включала, систему отбора и охлаждения газообразных продуктов сушки, хроматографа для определения состава газов [76]. Для исследования сушки и дробления бурого угля в МВ-поле были использованы следующие лабораторные установки конвейерного типа: без. обдува (рис. 2.3.) и с обдувом (рис. 2.4.) поверхности материала воздухом.
Для установки без обдува (рис. 2.3) предварительно взвешенный влажный материал загружают в рабочую камеру, изолированную от внешней среды корпусом 1, защищающим персонал от МВ-излучения. Загрузка осуществляется через загрузочное устройство 4 (бункер) и поступает на транспортерную ленту 2, по которой материал подается в зону нагрева. МВ-поле, создаваемое магнетронами 5, через рупорные антенны б направляется на слой перемещаемого в горизонтальной плоскости материала 7. При разгрузке высушенный до определенной влажности материал попадает в разгрузочное устройство 8.
Выгруженный из приемного бункера высушенный уголь взвешивается и рассеивается по фракциям для определения коэффициента размоло-способности по ГОСТ 15489.1-93.
Установка для сушки и дробления бурого угля с обдувом воздухом, представленная на рисунке 2.4, аналогична установке без обдува и отличается только использованием вентилятора с регулируемым расходом воздуха 10, установленного в начале транспортерной ленты конвейера после загрузочного устройства. Влажность и температура воздуха на выходе из камеры измерялись при помощи комплекта приборов, таких как: датчик влажности и температуры MELA VCx/11; устройство сопряжения датчиков с персональным компьютером (многоканальный АЦП марки ADI B480S USB), персональный компьютер и программно-регистрирующий комплекс Dasylab.
Для наработки партии сухого угля для исследований использовалась опытно-промышленная установка производительностью 1 т/ч, с габаритными размерами 3x0,35x1,1, массой 0,2 т, представленная на рис. 2.5 [77]. Опытно-промышленная установка для сушки бурого угля идентична лабораторной установке без обдува поверхности воздухом, но отличается тем, что магнетроны 6 размещены в виде фазированной антенной решетки, представляющей собой последовательно расположенные рупорные излучатели 7 с шагом их размещения, определяемым по следующему выражению:
