Оборудование, входящее в состав сушильной установки
 Скачать 315.32 Kb.
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| | Введение………………………………………………………………. | 5 |
| 1 | Литературный обзор………………………………………………….. | 8 |
| 1.1 | Оборудование, входящее в состав сушильной установки…………. | 15 |
| 1.2 | Описание работы сушильной установки…………………………… | 15 |
| 2 | Описание конструкции сушилки……………………………………. | 17 |
| 2.1 | Описание существующей конструкции сушилки………………….. | 17 |
| 2.2 | Описание модернизированной конструкции сушилки…………….. | 19 |
| 3 | Материальные и тепловые расчеты…………………………………. | 21 |
| 3.1 | Исходные данные…………………………………………………….. | 21 |
| 3.2 | Материально-тепловые расчеты…………………………………….. | 23 |
| 3.2.1 | Расчет на производительность 80т/ч………………………………... | 23 |
| 3.2.2 3.3 | Расчет на производительность 120т/ч………………………………. Механические расчёты | 45 50 |
| 4 | Безопасность и экологичность проекта……………………………... | 55 |
| 4.1 | Технологическая схема получения хлорида калия………………… | 55 |
| 4.1.1 | Принцип работы установки для получения хлорида калия из сильвинита……………………………………………………………. | 55 |
| | Заключение……………………………………………………………. | 59 |
| | Список использованных источников и литературы………………... | 60 |
ВВЕДЕНИЕ
Более 95 % добываемых из недр и вырабатываемых заводскими методами калийных солей используют в качестве удобрений. В качестве хлоросодержащих калийных удобрений применяют: размолотые природные водорастворимые минералы – сильвинит, каинит(в настоящее время в нашей стране их почти не используют), концентрированные продукты заводской переработки природных руд (хлорид калия) и смешанные калийные соли, получаемые смешением упомянутых природных минералов с концентрированными солями калия; такие композиции требуются для культур, нуждающихся также в натрии. Качество калийной продукции и сырья принято характеризовать содержанием основного компонента (например, KCL) или содержанием калия в пересчете на K O.Главным продуктом калийной промышленности является хлорид калия, около 95 % которого используют как удобрение, а остальное 5 % перерабатывают в другие соединения – KOH, KCLO, KCN и прочие, – применяемые во многих отраслях промышленности: черной и цветной металлургии, строительной, целлюлозно-бумажной, стекольной, лакокрасочной, кожевенной, фармацевтической и др.
Промышленность нуждается в высоком качестве хлорида калия, регламентировано ГОСТом 4568-74, которым предусмотрен выпуск мелкокристаллического продукта для технических целей марок К и Ф, гранулированного или крупнокристаллического продукта для сельского хозяйства.
На сегодняшний день состояние промышленных предприятий по выпуску продукции, не позволяет полностью удовлетворить спрос. В результате этого требуется дальнейшее развитие и модернизация калийной промышленности.
Для снижения этого необходимы меры по проведению обновления, как в калийной промышленности, так и в промышленности химического машиностроения. Данное обновление будет более эффективным, если оно будет проходить на основе технического перевооружения и реконструкции, повышения уровня механизации и автоматизации.
В данном дипломном проекте рассматривается одна из возможных мер повышения производительности и увеличения срока службы барабанной сушилки, что достигается путем усовершенствования конструкции аппарата.
В настоящее время значительно возросла популярность применения барабанных сушилок для термической обработки материалов. Это объясняется такими качествами аппаратов данного типа, как возможность применения в многотонном производстве и непрерывность процесса, компактности и экологичности.
Аппараты данного типа используются в самых различных отраслях, таких как: горнорудной, металлургической, нефтяной, химической и др.
Эти аппараты имеют довольно общую и типичную внешнюю характеристику, но различны по конструкции внутренних устройств и их комбинациями в зависимости от типа высушиваемого материала и его физического состояния, при котором он находится в барабане. В данном случае материалом является калий хлор.
Целью данного проекта является усовершенствование конструкции сушилки БН 3,2-22 общего назначения с наружным диаметром 3,2 м и длиной 22м. Тип насадки видоизменяется по мере изменения физических свойств высушиваемого материала так, чтобы все большую часть материала перевести во взвешенное состояние. Равномерность распределения высушиваемого материала в объеме аппарата возрастает как по сечению, так и по длине аппарата.
Задачи проекта:
1. Рассмотреть литературный обзор по данной теме.
2. Рассмотреть конструкцию сушилки до модернизации и после.
3. Рассмотреть материальные и тепловые расчеты.
4. сделать выводы по проделанной работе.
Предлагаемое техническое решение позволяет при более мягких условиях эксплуатации сушильного барабана повысить производительность, снизить расход топлива, снизить потребляемую мощность на валу привода барабана, интенсифицировать теплообменные процессы сушки сыпучих материалов.
Расчет проводился по методике ОСТ26.260.451-92 регламентирует порядок теплового расчета сушилок диаметром до 2,8м. Учитывая опытные данные, были получены данные по всем показателям барабанной сушилки. Одновременно проводилось влияние модернизации насадки на результаты расчета.
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
При производстве калийных удобрений на стадии сушки широко используются крупногабаритные барабанные сушилки типа БН 3,2-22.
Постоянной тенденцией в процессе эксплуатации этих сушилок на производстве является дальнейшее повышение их производительности.
В зависимости от свойств высушиваемого материала применяют различные внутренние устройства барабана.
При сушке хлористого калия известно применение в сушильных барабанах двух комбинаций внутренних насадочных устройств.
В настоящее время эксплуатируются сушильные барабаны, снабженные следующей насадкой (со стороны загрузки): приемно-винтовая - 1,5 м, лопастная с прямыми радиальными лопастями - 19,0 м. На длине 1,5 м со стороны выгрузки насадки нет. Угол подъема приемно-винтовой насадки - 60º.
Насадка с прямыми радиальными лопастями плохо обеспечивает распределение материала по сечению барабана.
На барабанных сушилках указанного типа до модернизации их при номинальной производительности 60-70 т/ч по готовому продукту были достигнуты следующие показатели (таблица 1).
Данные по работе сушильного агрегата взяты из режимной карты (технологической), составленной фирмой "Оргхим" при работе на горелке типа ГМСБ-14 на природном газе [59]
Для обеспечения равномерного распределения материала по сечению барабана лучшим решением в первую очередь для крупных сушилок считают размещение внутри барабана несколько барабанов меньшего диаметра с подъемными лопастями [1].
Таблица 1 - Показатели работы сушилки БН 3,2-22 до модернизации
| № п/п | Наименование параметров | Значение параметров | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| 1 | Производительность по готовому продукту, т/ч | 40 | 65 | 85 | 100 |
| 2 | Число оборотов сушильного барабана, об/мин. | 2 | 3 | 4 | 6 |
| 3 | Температура продуктов сгорания в топке, ºС | 728-733 | |||
| 4 | Температура уходящих газов, ºС | 125-150 | |||
| 5 | Содержание влаги в % на общий вес, среднее значение | 7 | |||
| 6 | Конечная влажность в % на общий вес | не более 0,5 | |||
| 7 | Допустимая температура нагрева сухого продукта, ºС | 80-90 | |||
| 8 | Удельный расход условного топлива на 1 т готового продукта, кг у.т./т | 13,7 | 13,9 | 14,0 | 14,1 |
| 9 | Удельный объемный расход натурального топлива по прямому балансу на 1 т готового продукта, нм 3/ч | 12,0 | 12,2 | 12,3 | 12,4 |
Это имеет то преимущество, что ввиду меньшей высоты падения материала, обусловленной геометрией перемещения материала в осевом направлении, можно работать с более высокими скоростями газа и получать при данной площади поперечного сечения (диаметре барабана) более высокую производительность. В этом случае сушильный барабан диаметром 3,2 м и длиной 22 м снабжен следующей насадкой (со стороны загрузки): приемно-винтовая – 1,5 м; лопастная с прямыми лопастями – 13 м; трубчатая, состоящая из пяти труб-обечаек с загрузочными и пересыпными лопастями. Диаметр каждой трубы-обечайки – 1,1 м, длина – 6 м. На длине 1,5 м со стороны выгрузки насадки нет. Сушильные барабаны с такой комбинацией насадки эксплуатируются на ОАО "Беларускалий" в настоящее время.
Анализ литературы и патентной документации показал, что большинство работ по совершенствованию барабанных аппаратов при сушке хлористого калия проведено на ОАО "Беларускалий" в 80-х годах [1].
Техническим заданием на модернизацию сушилки БН 3,2-22 было задано достижение производительности 107-117,7 т/ч по исходному продукту (100-110 т/ч по готовому продукту) при числе оборотов сушильного барабана n = 4 об/мин. Работа сушильного барабана на максимальном числе оборотов (n = 6 об/мин.) не удовлетворяли по причине более быстрого износа наиболее ответственных элементов агрегата (роликов, бандажей, привода сушилки и др.).
Модернизации подлежат барабанные сушилки, установленные в отделении сушки флотационного концентрата СОФ СКРУ-3. Замена аппаратов связана с их физическим износом и необходимостью дальнейшего увеличения производительности. Анализ работы сушильных барабанов, и данных литературных источников по модернизации сушильных барабанов [1, 2], проведенных на родственных предприятиях производства калийных удобрений показал, что поставленная задача по дальнейшему повышению производительности при фиксированном числе оборотов может быть решена при выполнении следующих условий.
1. Модернизация существующих сушильных барабанов путем установки трубчатой насадки на длине последних шести метров недостаточна. Равномерное распределение материала по сечению сушильного барабана при использовании этого типа насадки организовано на длине, составляющей 27,2 % от общей длины барабана. С одной стороны, это снижает удельные расходы электроэнергии за счет уменьшения момента сил, действующих на барабан при вращении, сокращает пылеунос. С другой стороны, равномерное распределение материала по сечению в конце сушильного барабана, где температурный потенциал теплоносителя почти исчерпан. Влияние этого типа насадки на тепло-массообменные процессы сушки невелико. Трубчатая насадка может быть успешно заменена на менее материалоемкую секторную насадку меньшей длины, которая будет выполнять те же функции. Размеры секторной насадки даны в каталоге-справочнике [3].
2. Дальнейшее повышение производительности и связанное с этим увеличение массы испаряемой влаги требует более интенсивного развития поверхности контакта фаз.
Объемный коэффициент теплообмена зависит от равномерности распределения ссыпающегося материала по сечению барабана. Чем равномернее распределяется материал, тем больше участвующая в теплообмене поверхность частиц.
За счет применения трех типов периферийной подъемно-лопастной насадки, оптимальные размеры которой приведены в [3,4], в модернизированном сушильном барабане предусмотрено увеличение массы взвешенного по сечению барабана материала с 6-10 % до 30 % от массы, находящейся в завале. Фактически эта величина за счет конструктивных изменений насадки может быть доведена до 50 %. В модернизированном барабане для этих целей применено большее число лопаток по окружности, чем это рекомендуется в литературе (6-16 лопастей [5]) и устанавливается на практике в сушильных барабанах. Зона равномерного распределения материала в модернизированном барабане составляет 60 % от длины барабана, что должно обеспечить снижение мощности на валу привода барабана.
3. Любое повышение производительности при фиксированном числе оборотов "n" приводит к увеличению коэффициента заполнения барабана "φ". Взаимосвязь этих величин видна из уравнения для определения среднего времени пребывания материала в барабане сушилки:
, 
(1)где Vб– объем барабана, м 3;
– коэффициент заполнения барабана;
н– насыпная масса материала, кг/м 3;
Gм– весовая производительность сушилки по готовому продукту, кг/мин;
м– объемная производительность, м 3/мин.
Задача модернизации барабана заключалась в том, чтобы, ориентируясь на фактически достигнутую производительность на сушильном барабане (см. табл.1) при n=4 об/мин, обеспечить время пребывания материала, соответствующее времени пребывания при n=6 об/мин, сохраняя коэффициент заполнения барабана на прежнем уровне. Сокращение времени пребывания материала в сушильном барабане при пониженном числе оборотов достигается углом установки периферийной лопастной насадки к образующей барабана. Величины угла α вхождения лопасти в завал определяет транспортирующие свойства насадки по продвижению материала, находящегося в завале и на лопасти.
На основе технологических расчетов процесса сушки хлористого калия с учетом, перечисленных выше условий модернизации, был выполнен рабочий проект барабана сушилки диаметром 3,2 м и длиной 22 м. В сушильном барабане используется пять типов насадок: приемно-винтовая, лопастная с прямыми радиальными лопастями, лопастная с углом наклона 30º к вертикальной оси и полкой под 120º, лопастная с углом наклона 30º к вертикальной оси и полкой под 90º, секторная с приемными и пересыпающими лопастями. Такая комбинация насадки позволила равномерно распределить материал по сечению барабана на длине 65 %, что существенно отразилось на эффективности теплообмена и затратах электроэнергии на привод сушилки. Угол наклона лопастной к образующей барабана обеспечил ускоренное прохождение материала через сушилку при пониженных числах оборотов барабана.
Весь цикл работ по модернизации барабанной сушилки провела инжиниринговая компания "Уралпром", г. Екатеринбург. Запуск в промышленную эксплуатацию модернизированной сушилки БН 3,2-22 произведен в июне 2016 г.
В работе [1] дан подробный сравнительный анализ работы барабанов с лопастной насадкой и трубчатой насадкой в последней секции при производстве калийных удобрений.
В таблицу сравнительных результатов эксплуатационных режимов работы барабанов, заимствованной нами из этого источника, помещена колонка аналогичных данных, полученных на модернизированном барабане (см. таблицу 2).
Таблица 2 - Технико-экономические показатели работы барабанов Ø3,2-22с лопастной насадкой, трубчатой насадкой в последней секции модернизированного
| № п/п | Основной показатель | Барабан с лопастной насадкой | Барабан с трубчатой насадкой | Модернизированный дляОАО "Сильвинит",n=4 об/мин |
| 1 | Производительность по сухому продукту, кг/с (т/ч) | 18 (65) | 22,20 (80) | 31,15 (112) |
| 2 | Количество испаренной влаги, кг/с | 0,98 | 1,60 | 2,18 |
| 3 | Конечная влажность продукта, % | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| 4 | Температура отходящих газов, ºС | 177 | 147 | 91 |
| 5 | Удельный расход топлива, 1 кг условного топлива на: 1 т сухого продукта 1 т испаренной влаги | 15-16 272-290 | 12-12,5 163-170 | 8,9 127,33 |
| 6 | Удельный расход теплоносителя на 1 т сухого продукта, м 3/т | 450 | 362 | 381,6 |
| 7 | Удельный расход электроэнергии на 1 т сухого продукта, кВт/т | 1,2* | 0,65* | 0,446 |
| 8 | Удельная материалоемкость на единицу сухого продукта, кг/кг | 1,7 | 1,4 | 0,735** |
| 9 | Влагонапряженность, кг/(м 3·ч) | 20,5 | 39,2 | 47,0 |
Примечание: *указаны при производительности 70 т/ч по сухому продукту;**при определении показателя учтен только вес барабана с насадкой 82525 кг.
Из таблицы 2 видно, что по всем технико-экономическим показателям модернизированная сушилка превосходит существующие.
Интересно сравнение технических показателей работы барабанной сушилки БН 3,2-22 до и после модернизации в одинаковых условиях эксплуатации и на одном и том же продукте (см. табл.3). Данные получены при скорости вращения барабана n=4 об/мин. Следует отметить, что приведенные показатели работы модернизированного барабана в табл.1.2 и 1.3 не окончательные. Дальнейшее повышение производительности сушильного барабана было ограничено максимальной производительностью питателя – 120т/ч. После замены питателя испытания будут продолжены.
Несмотря на то, что барабанные прямоточные сушилки давно и широко используются как теплотехническое оборудование, до сих пор возможности повышения производительности и улучшения технико-экономических показателей большинства сушилок далеко не исчерпаны.
Модернизация сушилки БН 3,2-22 на сушке хлористого калия показала, что те условия модернизации, которые были реализованы и нашли отражение в конструкции насадки сушильного барабана, оказались технически и экономически оправданными.
Таблица 3 - Сравнительная таблица технических показателей работы барабанной сушилки БН 3,2-22 для сушки хлорида калия до и после модернизации
| Показатель | До модернизации | После модернизации |
| Производительность по исходному продукту*, т/ч | 85,6 | 120 |
| Влажность*, %: на входе в барабан на выходе из барабана | 7,0 0,5 | |
| Температура теплоносителя*, °C:на ходе в ходе в барабан на выходе из барабана | 750 | |
| 140 | 91 | |
| Температура материала*, °C: на входе на выходе | 20 | |
| 80 | 89 | |
| Массовый расход удаляемой влаги**, кг/ч | 5226 | 7839 |
| Объемный расход природного газа**, нм 3/ч | 920 | 875 |
| Удельный расход природного газа**,нм 3/т продукта | 12,3 | 7,8 |
| Объемный расход теплоносителя**,нм 3/ч (на выходе, рм 3/ч) | 33699 (50980) | 32055 (42740) |
| Скорость теплоносителя на выходе**, м/с | 1,867 | 1,565 |
| Время пребывания материала*, мин. | 15 | 9 |
| Коэффициент заполнения**, % | 10,4 | 9,3 |
| Затраты электрической мощности на вращение барабана*, кВт (при частоте вращения барабана 4 об/мин) | 75 | 50 |
| Удельные затраты электрической мощности на вращение барабана**, кВт/т продукта. | 1,003 | 0,446 |
Примечание: * – показатели режимных карт.