Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние исследований гидродинамики и сушки дисперсных материалов в конвективных сушилках
1.1. Гидродинамика движения двухфазного потока в вертикальной трубе
1. 1. 1. Некоторые особенности гидродинамики процесса сушки в пневматических сушилках 14
1. 1.2. Гидродинамические характеристики двухфазного потока в вертикальной трубе 17
1. 2. Процесс конвективной сушки дисперсного материала
1.2. 1. Кинетические показатели конвективной сушки дисперсных материалов 30
1. 2. 2. Анализ работы существующих аппаратов для конвективной сушки хлорида калия 36
1. 2. 3. Основные закономерности и расчет процесса сушки хлорида калия в конвективных сушилках 41
Выводы 48
Цели и задачи исследований 50
2. Методики исследований гидродинамики и процесса сушки хлорида калия
2. 1. Методика лабораторных исследований гидродинамики аэровзвеси на разгонном участке вертикальной трубы 51
2. 2. Методика лабораторных исследований кинетики сушки 53
2. 3. Методика лабораторных исследований эффективности использования тепла в пневматической сушилке 56
2. 4. Методика испытаний промышленных труб-сушилок по определению температуры и влагосодержания хлорида калия по высоте аппарата 57
3. Исследование гидродинамики движения аэровзвеси в вертикальной трубе
3.1. Предпосылки к определению модифицированного коэффициента трения при движении восходящего двухфазного потока в вертикальной трубе 60
3. 2. Обоснование выбора уравнения движения частиц в вертикальной трубе .' 65
3. 3. Анализ результатов гидродинамических исследований 68
Выводы 72
4. Изучение кинетики конвективной сушки хлорида калия
4. 1. Результаты экспериментальных исследований кинетики сушки 74
Выводы 85
5. Интенсификация тепломассообмена в пневматической трубе-сушилке
5.1. Конструктивное совершенствование пневматических сушилок 87
5. 2. Анализ результатов лабораторных исследований эффективности использования тепла в пневматической трубе 97
5. 3. Опытно-промышленные испытания модернизированной трубы-сушилки с внутренними контактными устройствами 98
Выводы 103
6. Моделирование процесса конвективной сушки хлорида калия в пневматической трубе-сушилке
6. 1. Анализ математического описания процесса сушки зернистых материалов 105
6. 2. Выявление комплексного показателя конвективной сушки хлорида калия в пневматической сушилке 112
6. 3. Оценка адекватности модифицированного коэффициента трения для промышленных условий 114
6. 4. Уравнение движения частиц хлорида калия в восходящем потоке 116
6. 5. Математическая модель процесса сушки хлорида калия в пневматической
трубе-сушилке 118
Выводы 124
Заключение 126
Список литературных источников
- Некоторые особенности гидродинамики процесса сушки в пневматических сушилках
- Методика лабораторных исследований эффективности использования тепла в пневматической сушилке
- Обоснование выбора уравнения движения частиц в вертикальной трубе
- Опытно-промышленные испытания модернизированной трубы-сушилки с внутренними контактными устройствами
Введение к работе
Сушка в производстве минеральных удобрений является завершающим технологическим процессом, который в значительной мере определяет качество продукта по содержанию влаги, дисперсному и химическому составу, слеживаемости и др. Для сушки хлорида калия (КС1), являющегося основным видом калийных удобрений, используют барабанные сушилки (далее БС), сушилки слоя (ПС) и пневматические трубы-сушилки (ТС).
В настоящее время наиболее распространенными и изученными являются установки ПС. Однако длительный опыт эксплуатации выявил их существенные недостатки. В первую очередь, это неизбежный перегрев высушиваемого материала и связанное с этим снижение термического к. п. д. сушки и необходимость охлаждения продукта перед складированием и др.
К более новым и менее изученным относятся пневматические трубы-сушилки. По некоторым показателям они пока уступают сушилкам ПС, но выгодно отличаются простотой конструкции и малой металлоемкостью, легкостью управления, обслуживания и др. Кроме того, они работают под разрежением, что обеспечивает большую безопасность и хорошие санитарные условия. Перечисленные достоинства позволяют отнести сушилки ТС к одним из наиболее перспективных типов аппаратов. Однако в полной мере реализовать их преимущества можно лишь на базе комплексного изучения всех особенностей работы данных аппаратов, включая кинетику сушки, гидродинамику движения двухфазного потока, разработку уточненной математической модели процесса и др.
Диссертационная работа выполнена по результатам поисково-постановочных исследований, планов НИР университета и гранта, удостоенного в рамках «Соглашение о сотрудничестве» от 31 января 2006 г. между ОАО «Уралкалий», ОАО «Сильвинит» и ГИТУ.
Цель работы. Установление основных тепломассообменных и гидродинамических показателей конвективной сушки дисперсного материала и на этой основе совершенствование конструкции труб-сушилок для более эффективного использования термического потенциала теплоносителя.
Задачи исследований. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- исследовать гидродинамику газовзвеси в пневматической трубе;
- определить кинетические закономерности сушки КС1 при различных тепловых и гидродинамических режимах;
- исследовать сушку КС1 в промышленных аппаратах;
- разработать математическую модель сушки хлорида калия в трубе-сушилке.
Научная новизна исследований:
- на основе экспериментальных исследований движения восходящего двух ного потока на разгонном участке вертикальной трубы установлена зависимость модифицированного коэффициента трения от геометрических размеров трубы, концентрации материала и относительного критерия Рейнольдса;
- численные значения относительных коэффициентов сушки для первого и второго периодов, критической влажности между ними получены при различных температурах теплоносителя и начальной влажности хлорида калия;
— из обобщенной кривой сушки, характеризующей разные гидродинамические и тепловые условия процесса, определен кинетический инвариант, связывающий между собой начальную влажность хлорида калия, скорость сушки и время первого периода;
— по данным лабораторных исследований и промышленных испытаний пневматических сушилок и аппаратов псевдоожиженного слоя установлена общая аналитическая зависимость между температурой и влагосодержанием хлорида калия;
- на основе анализа материального и теплового балансов обоснован комплекс 12 ный безразмерный показатель сушки, выражающий отношение общей тепловой мощности сушильного агента на входе в аппарат к максимальным затратам тепла на испарение заданного количества влаги;
— с учетом известных и вновь полученных зависимостей разработана достаточно полная усовершенствованная математическая модель конвективной сушки хлорида калия в пневматической трубе-сушилке.
Практическое значение работы. Установленные кинетические закономерности сушки КС1 и гидродинамические характеристики движения двухфазного потока использованы при совершенствовании действующих и разработке новых сушильных аппаратов. Теоретические и экспериментальные данные, положенные в основу усовершенствованной математической модели сушки частиц с поверхностной влагой, дают возможность моделировать и оптимизировать сушку аналогичных материалов в дисперсных потоках. Результаты разработки позволяют упростить методику расчета процесса сушки и более эффективно использовать существующее в калийной отрасли оборудование.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
— теоретическое обоснование уравнения движения двухфазного потока на разгонном участке вертикальной трубы с учетом коэффициента гидродинамического сопротивления и модифицированного коэффициента трения;
— определение влияния начальной влажности хлорида калия и температуры теплоносителя на значения относительных коэффициентов сушки и критической влажности между периодами;
— установление кинетического инварианта как одного из основных характеристик процесса сушки твердых частиц с поверхностным солевым раствором;
— определение в условиях псевдоожижения и пневмотранспорта общей аналитической зависимости между температурой и влагосодержанием хлорида калия при различных гидродинамических и тепломассообменных параметрах;
— теоретическое обоснование комплексного безразмерного показателя сушки, характеризующего определенный тепло массообменный режим и установление возможности использования его в качестве исходного оптимизирующего воздействия.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций базируются на применении основополагающих физических законов, надежных методов теоретического и экспериментального исследований. Соблюдается хорошее соответствие результатов лабораторных и промышленных испытаний, опытных и расчетных показателей изучаемого процесса.
Личный вклад автора. Автором внесен основной творческий вклад в большинство опубликованных работ. Осуществлена постановка задач и их решение. Обобщены результаты исследований и установлены закономерности процесса; составлены методики экспериментальных исследований; участие в разработке технических решений.
Апробация работы. Основные результаты работы и ее отдельные разделы докладывались на Всесоюзн. НТС «Повышение эффективн. и надежн. машин и аппаратов в основной химии», г. Сумы, 1986 г.; Всесоюзн. совещ. «Калийные удобрения и их эффективное использование», г. Солигорск, 1988 г.; Всерос-сийск. научно-практ. конф. «Проблемы образования, научно-технич. развития и экономики Уральского региона», г. Березники, 1996 г.; Междунар. научн. конф. «Математические методы в технике и технологиях», г. С.-Петербург, 2000 г.;
1 Междунар. НТК «Аналитические и численные методы моделирования естественнонаучных и социальных проблем», г. Пенза, 2006г., а также годовых НТК ПермГТУ, 1998-2003 г.г.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 научных статьей, в том числе 2 в журналах, рекомендуемых ВАК и получены авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 6 глав и общих выводов, изложенных на 137 страницах машинописного текста, 41 рисунка, списка литературы, включающего 133 наименования и Приложения.
Некоторые особенности гидродинамики процесса сушки в пневматических сушилках
Вертикальные трубы-сушилки широко применяются при сушке мелкодисперсных продуктов. Промышленные ТС достигают в высоту до 20 м и до 1,6 м в диаметре. Несмотря на простоту конструкции гидродинамика и тепломассообмен в пневматической трубе отличаются достаточной сложностью. Это вызвано следующими обстоятельствами.
Одним из основных параметров процесса сушки является рабочая скорость сушильного агента, которая должна обеспечить устойчивое восходящее движение дисперсного материала. На ее величину влияет значительное число факторов: столкновение частиц друг с другом и со стенкой трубы, вращение частиц, влияние турбулентных пульсаций потока теплоносителя на структуру твердой фазы, возможное агрегирование мелких частиц, неравномерность распределения частиц по поперечному сечению трубы и т.д. Однако в полном объеме учесть роль перечисленных факторов в настоящее время не представляется возможным. По этой причине для нахождения рабочей скорости газа используют коэффициент запаса по отношению к скорости витания, который в зависимости от диаметра ТС может колебаться в пределах 1,6 — 2,5 [110].
Согласно [9] для вертикального восходящего потока газовзвеси профиль концентрации имеет максимум, расположенный в ядре потока. Дисперсный материал распределяется по сечению равномерно только при отношении скорости газа к скорости витания частиц равном 1,4 - - 1,8 и расходной концентрации не более 2 %.
С понижением скорости газа возрастает неоднородность потока по величине концентрации твердой фазы. Часть твердого материала переносится в виде струи или скоплений, оставшаяся часть транспортируется как поток полностью взвешенных частиц. На критическую скорость газа материал стенок трубы и ее диаметр не оказывают влияния. С увеличением плотности и диаметра частиц возрастает значение критической скорости [132].
По мнению авторов [10, 121] распределение сухих твердых частиц в поперечном сечении трубы в восходящем потоке газовзвеси происходит в результате действия двух основных факторов: турбулентных пульсаций и эффекта Магнуса, возникающего при вращении частиц.
Силу, возникающую в результате вращения частиц, называют силой Ру-бинова-Келлера [130]. При средней скорости газового потока 20 — 27 м/с частица вращается с частотой 2000 - 5000 мин"1. При частоте вращения более 500 с" и скорости газа 20-30 м/с сила Рубинова-Келлера может принимать значения, сопоставимые с силой тяжести [60].
За счет ряда факторов возможно даже нисходящее движение частиц. Крупные частицы преимущественно двигаются в центральной зоне трубы. Увеличение скорости частиц приводит к уменьшению концентрации дисперсной фазы и сокращению времени пребывания частиц на последующих участках трубы-сушилки [116].
При значительной концентрации полидисперсного материала (более 1,0 кг/кг) наблюдается быстрый разгон мелких фракций, которые передают импульс движения при соударениях более крупным частицам [4]. Вследствие этого происходит перераспределение скоростей частиц и длина разгонного участка для мелких фракций удлиняется, а для более крупных — сокращается. Соответственно, выравнивается и время пребывания частиц, которое сказывается на равномерности сушки. В отдельных случаях это не может являться благоприятным фактором.
Частицы из-за наличия поперечной составляющей скорости, помимо взаимных столкновений, испытывают также столкновения со стенкой трубы. Это, с одной стороны, приводит к их вращению, с другой стороны является причиной налипания на стенки при сушке влажного комкующегося материала.
Физическая картина движения влажных частиц с учетом их аутогезион-ных свойств намного сложнее, чем сухих. В связи с этим строгая теория движения влажного полидисперсного материала до настоящего времени еще не разработана [84].
Сложность гидродинамики движения дисперсных материалов, связанная с взаимодействием фаз, столкновением частиц между собой и со стенкой трубы, предопределила создание математических моделей движения отдельных частиц [127]. Частицы случайным образом не упруго сталкиваются друг с другом. Вследствие этого возникают ансамбли частиц (кластеры) [131]. При пневмотранспорте частиц размером менее 0,2 +- 0,3 мм наблюдается склонность частиц к аутогезии с образованием агломератов, которые периодически могут разрушаться и образовываться вновь [78]. При этом движение парогазового потока характеризуется числами Рейнольдса, соответствующими турбулентному режиму, а обтекание частиц - ламинарному режиму.
Для пакета частиц сила гидродинамического сопротивления и скорость их обтекания (о-от) газом различна на границах этого пакета и внутри него. Из-за изменения формы и размера пакета относительный критерий Рейнольдса (ReomH) может изменяться от нуля до неопределенной величины. Для такого рода скоплений выделение влияния отдельных факторов становится практически невозможным.
Считается что, по высоте трубы значительной сепарации частиц и резкой дифференциации длительности пребывания частиц не происходит [48]. Поэтому расчет пневмотранспорта отдельных фракций материала, существующих как бы независимо друг от друга без учета их взаимодействия, не может считаться достаточно достоверным.
Методика лабораторных исследований эффективности использования тепла в пневматической сушилке
Отбор проб хлорида калия проводили специальными отборными устройствами (рис. 2. 6). Точки отбора проб по высоте трубы-сушилки указаны на рис. 2. 7.
Рис. 2. 7. Схема расположения точек отбора проб на промышленной ТС Устройство представляет собой металлическую трубу с кожухом, который за счет небольшого зазора может поворачиваться относительно оси трубы. Диаметр трубы - 50 мм, толщина стенок трубы и кожуха - 2 мм. По концам трубы привариваются круглые пластины, а с одной стороны — ручка. Кожух может смещаться по ручке, вплоть до полного снятия с трубы. Кожух и труба по всей длине имеют продольные прямоугольные отверстия, шириной 20 мм. Длина трубы с кожухом превышает диаметр сушилки на длину штуцера, через который осуществляется ввод отборного устройства в аппарат. В этом случае полностью пересекается восходящий поток частиц и устраняется подсос воздуха из помещения. Указатель положения отверстия на кожухе позволяет совмещать отверстия или их перекрывать.
Отбор проб по всем точкам осуществляется одновременно и последовательно: ввод отборника через штуцер в сушилку, открытие отверстия поворотом кожуха, отбор пробы, перекрытие отверстия отборника обратным поворотом кожуха и его извлечение из сушилки. В целом отбор одной пробы проводится в течение 4—5 секунд.
Масса хлорида калия в отборнике составляла 2 - 3 кг. Влагосодержание материала определялось по методике, изложенной в [15], температура измерялась термометром с ценой деления 0,5 С. Скорость теплоносителя под зоной заброса влажного материала измеряли с помощью пневмометрической трубки Елисеева и микроманометра ММН - 2400 с классом точности равным 1,0. Кроме того, записывались параметры процесса по показаниям приборов в диспетчерской сушильного отделения. В выражениях (3.7 и 3.9) коэффициент ^ следует рассматривать как коэффициент местного сопротивления Лмс, обусловленный наличием твердых частиц в потоке [31].
Как уже отмечалось ранее, особой сложностью гидродинамических условий отличается участок входа и начального движения материала в вертикальной трубе, равный по длине нескольким ее диаметрам. На этом участке мелкозернистый материал склонен к образованию пакетов, кратковременных скоплений, носящих вероятностный характер. Чем меньше размер частиц, тем вероятнее данные явления. Вследствие этого форма самих частиц в определенной степени уже теряет свою первоначальную значимость и основной компонентой потерь энергии на движение становится трение внутри пакетов и о стенки трубы. Истинная концентрация частиц на данном участке значительно выше по сравнению с последующими участками и поэтому она оказывает существенное влияние на характер движения. В связи с этим в уравнении движения для начального участка взамен диаметра частиц целесообразным и оправданным является использование диаметра трубы, который ограничивает совокупность этих скоплений.
Представленная форма записи последнего слагаемого уравнения (3.7) не учитывает этих обстоятельств. Согласно [61] потери энергии, обусловленные трением между частицами и стенкой, между газом и частицами, выражаются через зависимость (3.11) 63 С учетом (3.11) последнее слагаемое уравнения (3.7) можно представить в виде рт(\-є)от2 Kmp—YE—» (3AZ) где Xvmp - модифицированный коэффициент трения, значение которого можно определить через критерий Фруда (Fr). Л„ тр =27 Fr^5 (3.13)
Сложность использования зависимости (3.13) заключается в том, что критерий Фруда рассчитывается через уже известную скорость частиц. В связи с этим требуется проведение экспериментальных исследований с учетом всех видов сопротивления. Модифицированный коэффициент трения Хчтр для данного материала с конкретным размером частиц обычно находят опытным путем [31].
Величина X при турбулентном режиме движения газового потока (Re =4000 ч-100000) в гладкой цилиндрической трубе определяется по формуле Блазиуса[31,60, 82] Я = 0,316/Де0-25, (3.14) где Re=vD/v.
Обоснование выбора уравнения движения частиц в вертикальной трубе
В математической модели процесса сушки в вертикальной трубе важную роль играет уравнение движения частиц. На скорость движения полидисперсного материала влияют силы тяжести, гидродинамического сопротивления среды, трения частиц между собой и со стенками трубы, а также силы электростатического взаимодействия и силы Магнуса. Двумя последними силами в виду их малости можно пренебречь.
Автор [102] считает, что полидисперсный материал, имеющий функцию распределения по размерам, характеризующуюся эксцессом =2 и вариацией = 30 %, можно рассматривать как монодисперсный. Поэтому движение материала описывает уравнением движения для отдельной шаровой частицы, представленное силами инерции, тяжести и гидродинамического сопротивления среды, но без учета сил трения. vTdvTldz = 7cdl)l{Am)\_p{i){v-vTf\l2-g. (3.18)
Однако, наиболее общим уравнением для ускоренного движения полидисперсного материала при сушке в вертикальной трубе считается следующее соотношение [ПО] Рт [У«- + 0 + ,) ,- -3 = 3/4 ( p)/dl(u-uTl)\u-u7l\-g-3/4puYJErix (3.19) р, d, +Prdr vTy r 12 f По данным [3 - 4] значения коэффициента Гастерштадта Кг находятся в пределах 0,4 - - 1,2. Величину его можно определить по уравнению [60] К,. = 0,017 WpX\D/d j56 -33 Де-0-81. (3.20) Числа Рейнольдса (R е6, R е ), соответственно, определяются по скоростям витания частиц и скорости газа, диаметру трубы.
Пренебрегая ускорением, связанным с изменением массы частицы при испарении влаги и представляя силу эффективного трения о стенку в иной форме, а именно пропорциональной скорости сушильного агента и коэффициентам трения, авторы [79 85, 110, 118] приводят уравнение (3.19) к виду di) " v2 _ . (3-21) хан,,) . ;.,;.:LTr_ nоТу-от\-кг Л и pr(d?+dy3) vT —fi-s3/4[ lP)l{diPloTl) ](и-иТі)2-/оТі-3/4(ри)/иТі ЕГІх az у=] 2D
Коэффициенты восстановления нормальных составляющих скорости частиц кпу1, Гастерштадта Кг и трения чистого газа Я приняты равными, соответственно, 0,8; 0,6 и 0,012. Коэффициент осаждения Е вычисляется по зависимостям Фонда и Херна [4].
Однако, при определении коэффициентов Е ,k ,%t, а также скорости отдельных частиц по участкам трубы в уравнении движения (3.21) возникают определенные трудности, вызванные следующими обстоятельствами.
Коэффициент осаждения Е равен вероятности столкновения частиц, имеющих диаметры dy и d,. В реальном процессе сушки условия столкновения частиц именно с диаметрами dy и d, практически не будут соблюдаться, так как возможны контакты и с частицами других размеров. Поэтому принятое значение коэффициента осаждения, равное 0,88 - 0,98 [ПО], носит весьма условный (теоретический) характер.
По вышеприведенным причинам правильно оценить значение коэффициента восстановления нормальных составляющих скорости частиц кпу1 при их взаимных соударениях в реальном аппарате также трудно. В результате этого третье слагаемое правой части уравнений (3.19) и (3.21) не только сложно определить численно, но и установить долю вероятности его участия в расчете принятого размера частиц.
Известно что, коэффициент гидродинамического сопротивления является функцией коэффициента формы, размера частиц и числа Рейнольдса. В процессе сушки (по высоте аппарата) влажные частицы комкующегося материала могут образовывать агломераты различных размеров. Скорость их движения зави сит от скорости теплоносителя и эффекта столкновения с другими частицами, а также объемной концентрации материала. Поэтому расчет этого коэффициента для каждой отдельной частицы вызывает большое затруднение.
В работе [62] сопротивление, обусловленное трением между частицами и стенкой, между газом и частицами, между самими частицами представляется не через коэффициент Гастерштадта, а посредством модифицированного коэффициента трения А при уже известной скорости частиц (3.13).
Всякую задержку частиц в зоне забрасывания в трубу в горизонтальном и вертикальном направлениях из-за их взаимных столкновений следует рассматривать как кратковременное возрастание их «условной массы». Если взаимодействие частиц со стенкой трубы, и совместное действие коэффициентов Eyi,knyi заменить одним модифицированным коэффициентом трения Аит/?, то уравнение движения двухкомпонентного восходящего потока в общем виде можно представить как F = F -F -F (X ї (3 22") ии con тяж тр V м тр / V / где Fuii,Fcon,Fm,Fmp(X„mp) - силы инерции, сопротивления, тяжести и трения.
Аналогичное уравнение приводится в [63]. Эффект взаимодействия частиц, приводящий к возрастанию их «условной массы», может быть представлен как произведение силы тяжести на коэффициент торможения А . Тогда уравнение движения вертикального прямоточного потока дисперсного материала выразится как тТ -f- = %{nd2T pTl 8) (и - vTf - X mTg-mT g, (3.23) ат где X =(р3 иь)ІоЬІ и3 — скорость «завала» материала.
Скорость витания vh рассчитывается через Reb, который в свою очередь определяется с учетом критерия Архимеда и коэффициента формы. Последний фактор не учитывается, если его величина превышает 1,5. Скорость «завала» монодисперсного материала прямо пропорциональна диаметрам аппарата и частиц, плотности материала и расходной концентрации.
Опытно-промышленные испытания модернизированной трубы-сушилки с внутренними контактными устройствами
Экспериментальные данные по исследованию эффективности использования тепла в пневматической трубе с различными вариантами вставок размещены в таблицах А 7 и А 8 (Приложения).
Из анализа результатов исследований следует, что с ростом концентрации материала доля неиспользованного тепла снижается, причем в сопоставимых условиях эффективность теплообмена со вставкой заметно выше, чем с традиционно используемой в калийной промышленности «тарелью».
По нашему мнению это интересное и практически важное отличие объясняется тем, что в прорезях вставки создается переменное живое сечение, обусловленное прохождением через них потока газовзвеси. В результате изменяется направление движения потока и увеличивается среднее время пребывания частиц в трубе. Кроме того, установленная нами зависимость коэффициента
Кнт от величины нагрузки и скорости теплоносителя (в изученных пределах 9,4 - 16,5 м/с) указывает на целесообразность использования концентрации материала как вспомогательного параметра при оценке эффективности использования тепла в пневматической трубе. В результате математической обработки экспериментальных данных была получена зависимость коэффициента неиспользованного тепла от концентрации материала К„.т=Аехр{-ВМ), (5.11) где А — предэкспонентный множитель, В — опытный коэффициент. Для плоской круглой пластины А = 0,35; В = 0,63; коэффициент корреляции R = 0,9. Для вставки: А = 0,18; В = 0.64; R = 0.796. Характер зависимости величины Кит от концентрации газовзвеси представлен на рис. 5.9. Из выражения (5.11) с учетом (5.10) может быть найдена температура дисперсного материала, выгружаемого из осадительной камеры сушилки ік=0к-(Єн-ін)Аехр(-В/л). (5.12)
Зависимость (5.12) позволяет приближенно рассчитать конечную температуру зернистых материалов при нагреве в прямоточных пневматических аппаратах с различными внутренними отбойными устройствами и таким образом произвести прогнозную оценку эффективности их использования.
Полученные результаты лабораторных исследований [100] послужили основой для модернизации одной из промышленных труб-сушилок и проведения полномасштабных опытно-промышленных испытаний [38].
5. 3. Опытно-промышленные испытания модернизированной трубы-сушилки с внутренними контактными устройствами
На Первом Березниковском калийном рудоуправлении ОАО «Уралка-лий» после выполнения монтажных и пуско-наладочных работ были проведены сравнительные промышленные испытания одновременно работающих пневматических труб-сушилок: модернизированной! ТС-1 со вставкой и ТС-3, снаб женной традиционно используемой в калийной отрасли «тарелью». В промышленном варианте вставка была выполнена в виде демпферного устройства, закрепленного на крышке осадительной камеры (см. рис. 5.8 б).
Испытания проводили согласно утвержденных программы и методики при установившемся регламентном режиме работы с автоматическим регулированием температуры отработанного теплоносителя и обеспечением стабильной подачи влажной соли в сушильные аппараты. Аналитический контроль за качеством исходного и готового продуктов осуществлялся сотрудниками центральной лаборатории ОАО «Уралкалий».
Среднечасовые значения влажности исходного материала (мелкозернистый флотационный и галургический КС1) в период испытаний составляли 5,20 - 5,22 масс. %. Под зоной забрасывания соли в пневматической трубе измеряли скорость движения теплоносителя. Расход дымовых газов на входе в сушилку составил для ТС-1 - 66258 м3/ч, для ТС-3 — 78811 м3/ч. Результаты сравнительных испытаний отражены в таблице А 9 (Приложения).
Как видно из анализа экспериментальных данных, полученных при сопоставимых величинах нагрузок по готовому продукту (72,2 и 71,9 т/ч) удельные затраты условного топлива в сушилке, оборудованной демпферной вставкой (ТС-1), в среднем по двум сериям опытов оказались на 25,3 % ниже, чем на ТС-3 с плоской «тарелью». Судя по величине температуры в верхней части сушилки, (111 С против 102 С и 123 С против 115 С) ТС-1 по сравнению с ТС-3 работала даже с некоторым запасом.
Во время второй серии испытаний поток влажной соли на ТС-1 по ленточному конвейеру поступал на «проход», то есть без задержки и накопления в промежуточном бункере, в то время, как ТС-3 работала с наполовину заполненным бункером. Это свидетельствует о том, что в этот период сушилка с демпферной вставкой (ТС-1) в силу объективных причин организационного характера эксплуатировалась не на полную мощность, т.е. в менее выгодных условиях. Это обстоятельство, естественно, отразилось и на режиме работы данного аппарата. Колебания нагрузки предопределили и нестабильность темпера туры теплоносителя на входе и выходе из сушилки. Однако, даже несмотря на эти обстоятельства, удельные затраты условного топлива на модернизированной ТС-1 с демпферной вставкой оказались ниже на 2,12 кг/т КС1, ( в первой серии опытов - на 3,27 кг/т КС1), чем в прототипе, т. е. в ТС-3.
