Сушка глинистого сырья сушильными барабанами // Новые огнеупоры. 2016. № 1.

Авторы: 
Шлегель И.Ф. - канд. техн. наук, доктор, профессор, член-корреспондент РАЕН, генеральный директор; 
Андрианов А.В. - начальник отдела сушки и транспортирования ООО «ИНТА-СТРОЙ», г.Омск.

 

Сушка глинистого сырья сушильными барабанами

Постоянно растущие требования к качеству керамических изделий, получаемых методом полусухого прессования, с одновременной экономией затрат на организацию процесса сушки приводят к необходимости эксплуатации сушильного оборудования с учетом последних достижений технологий.

Сушка – один из самых важных и сложных элементов производства кирпича. Неэффективный сушильный агрегат может стать слабым звеном в повышении производительности или рентабельности любого кирпичного производства.

В настоящее время, наиболее эффективной является сушка глины в барабанных сушилках, встроенных в автоматические линии подготовки сырья для полусухого прессования кирпича. 

 

Методы улучшения сушки сырья

Одним из направлений улучшения сушильного процесса является подача глины в сушильный барабан в гранулированном виде.

Такой подход приводит к исключению образования на выходе из барабана крупных шарообразных комков абсолютно сухих снаружи, но с повышенной влажностью внутри.

При дальнейшем размоле заранее сгранулированного сырья пресс-порошок получается с более равномерной влажностью и необходимым фракционным составом. Такой порошок требует меньшей вылежки в накопительных бункерах для усреднения по влажности, что положительно сказывается на качестве готовых изделий.

Разработанный институтом «ИНТА-СТРОЙ» смеситель-гранулятор «Каскад» [1,2] позволяет производить гранулят с заранее заданными размерами и одновременно улучшает свойства перерабатываемой глиномассы. Сушка такого гранулята гораздо эффективнее с точки зрения качества получаемого продукта.

Следующий этап оптимизации сушильного процесса связан с выбором противоточной системы подачи теплоносителя и обрабатываемого продукта с применением системы рециркуляции дымовых газов.

Технологическая линия сушки глиняных гранул представлена на рис. 1.

   

Рис. 1. Технологическая линия сушки: 1 – гранулятор «Каскад»; 2 – шнек загрузки; 3 – камера загрузки; 4 – сушильный барабан; 5 – циклон; 6 – дозатор пыли; 7 – рама; 8 – привод; 9 – горелка; 10 – вентилятор рециркулята; 11 – агрегат тепловой; 12 – камера выгрузки; 13 – система управления.

 

Линия прошла ряд производственных испытаний в составе кирпичного завода полусухого прессования ШЛ 400 на базе института «ИНТА-СТРОЙ».

Сгранулированный материал от установки «Каскад» 1, посредством шнека загрузки 2 и камеры загрузки 3, поступает в сушильный барабан 4. Одновременно из циклона 5, в который поступают дымовые газы для первичной очистки, с помощью системы возврата пыли 6 влажный материал опудривается пылью, получаемой в процессе очистки, что предотвращает слипание гранул. Во вращающемся барабане, установленном на раме 7 с приводом 8, материал высушивается до технологически необходимой влажности противоточными сушильными газами, из горелки 9. Вентилятором 10 до половины дымовых газов, являющихся рециркулятом, возвращаются в тепловой агрегат 11 для разбавления теплоносителя. Готовый материал выгружается посредством камеры выгрузки 12. Система автоматики 13 регулирует весь процесс сушки в автоматическом режиме. При такой организации процесса повышается равномерность сушки и увеличивается удельный съем влаги с 1 м³ объема барабана.

Проведенные испытания сушильного барабана ШЛ 402 показывают (см. табл. 1), что повышение температуры теплоносителя в точке загрузки барабана сырьем всего на 150°С позволяет увеличить удельный влагосъем с 57,9 кг/м³ до 79 кг/м³. При этом, за счет увеличения количества рециркулята, удается удерживать температуру выходящих из горелки газов в заданных пределах, избегая перегрева в горячей зоне сушилки.

 

Таблица 1. Изменения параметров сушки

Еще одно нововведение, позволяющее увеличить удельный съем влаги, – это удлинение барабанов, то есть повышение соотношения длины к диаметру более 10. 

Такое изменение конструкции позволяет увеличить площадь и время соприкосновения продукта с теплоносителем и увеличить КПД сушилки.
 

Инновационные сушильные барабаны серии ШЛ

При увеличении длины сушилки возникают определенные сложности, связанные с герметизацией торцов вращающегося барабана, так как их колебания в вертикальной плоскости достигают 20-30 мм.

Изобретение уплотнительного устройства вращающейся печи [3] позволило надежно герметизировать торцы барабана, а новейшие конструкторские решения – разработать типоразмерный ряд удлиненных сушильных барабанов серии ШЛ (см. табл. 2), работающих по противоточной схеме подачи агента сушки.

 

Таблица 2. Типоразмерный ряд сушильных барабанов серии ШЛ

Индекс	Производительность при съеме 10% влажности, т/ч	Диаметр  барабана, м	Длина  барабана, м	Объем  барабана, м3	Влагосъём, т/ч
ШЛ 402	0,7	0,5	6,0	1,18	0,07
ШЛ 454	2,0	0,6	11,0	3,11	0,19
ШЛ 455	5,0	1,0	11,0	8,60	0,52
ШЛ 512	7,5	1,2	11,0	12,30	0,74
ШЛ 530	10,0	1,2	16,5	18,70	1,12
ШЛ 531	15,0	1,2	22,0	24,80	1,50
ШЛ 532	20,0	1,6	16,5	33,0	2,00
ШЛ 533	25,0	1,6	22,0	44,00	2,60
ШЛ 534	30,0	2,0	16,5	51,80	3,10
ШЛ 535	40,0	2,0	22,0	69,10	4,15
ШЛ 536	60,0	2,4	22,0	99,50	6,00

 

Конструкция одного из сушильных барабанов, разработанных институтом «ИНТА-СТРОЙ», представлена на рис. 2. Барабанная сушилка состоит из теплового агрегата 1, вращающегося барабана 2, привода 3, загрузочного короба 4 и камеры выгрузки 5.

На виде Г (рис. 2) представлено подвижное уплотнение торца барабана [3], позволяющее исключить пыление в местах стыковки подвижной трубы с камерами загрузки и выгрузки.

Загрузочный короб выполняет две основные функции: организация подачи сырья и отвод топочных газов в систему очистки с отбором части газов на рециркулят. Обычно короб комплектуется шнековым транспортером, обеспечивающим полную герметичность загрузки, так исключаются подсосы холодного воздуха из цеха, негативно влияющие на сушку. Кроме того, в шнеке происходит окатывание гранул пылью из системы первичной очистки дымовых газов, что предотвращает слипание гранул.

   

Рис. 2. Схема сушильного барабана: 1 – тепловой агрегат; 2 – барабан; 3 – привод; 4 – загрузочный короб; 5 – камера выгрузки.

 

Барабан является основной частью сушилки и выполнен из цилиндрической трубы с приваренными снаружи стрингерами, которые выполняют несколько функций: служат для укладки между ними утеплителя; являются опорой для приварки наружных листов кожуха; обеспечивают дополнительную жесткость удлиненному барабану. Наружная полка стрингеров вместе с кожухом предназначены для предохранения от прогиба и деформации барабана при аварийных остановках и других возможных случаях перегрева сушилки. Утепление барабана (без риска деформации трубы) позволяет существенно снизить расход топлива. Передача тепла гранулам внутри сушилки обеспечивается как конвективным, так и кондуктивным способом, при этом нагретые стенки передают значительную долю тепла. Этим объясняется высокий КПД барабана и увеличенный влагосъем в сравнении с существующими аналогами.

Внутреннее устройство барабана является одним из определяющих факторов качества сушки. Внутри корпуса для оптимальной передачи тепла устанавливают различные типы насадок: винтовые, подъемно-лопастные, секторные, цепные, ячейковые, распределительные, комбинированные.

Винтовые насадки обычно используют в начале загрузки барабана, что неизбежно приводит к их залипанию влажным материалом и влечет за собой чистку и внеплановый ремонт барабана.

Проведенные нашим институтом многолетние исследования в области влияния типов насадок на сушку глиняных гранул позволили выбрать оптимальное решение: установка в начале загрузки цепных завес на 70% длины барабана и подъемно-лопастных насадок на 30% от длины барабана на выгрузке.

Анализ фракционного состава гранул на входе в барабан и высушенного продукта на выходе показывает, что цепи не являются размольными элементами, как утверждают некоторые авторы, гранулы выходят целыми, их гранулометрический состав меняется только в пределах погрешности измерений. Установленные на большей части длины круглозвенные цепи являются элементами кондуктивной передачи тепла и служат гибкими преградами для потока гранул. Подвижная конструкция цепей исключает налипание на них влажной глины и слипание гранул между собой.

На последней 1/3 длины барабана установлены лопатки. В этой зоне гранулы окончательно теряют возможность слипания, и при вращении барабана поднимаются вверх, пересыпаясь внутри объема сушилки. Создаются условия для обильного обтекания сырья теплоносителем, происходит окончательная досушка до технологически необходимых параметров влажности.

Привод сушилки осуществляется четырьмя обрезиненными катками, которые контактируют с бандажами барабана. Все четыре катка вращаются синхронно от одного редуктора с электродвигателем. Движение передается через валы на две стороны и далее при помощи двух цепных передач непосредственно каткам. Весь привод смонтирован на собственной раме, установленной под углом 30. От осевого смещения барабан удерживается упорными роликами. Такое решение позволяет вести монтаж агрегата на общем фундаменте в виде плоской плиты, снизить шум и вибрацию, возникающие в процессе эксплуатации, а фрикционный привод обеспечивает плавность трогания и мягкость работы.

Тепловой агрегат служит для подачи агента сушки в барабан и имеет патрубок для подмешивания рециркулята, посредством которого снижается температура сушильных газов. Снижение температуры теплоносителя с его одновременным насыщением влагой от рециркулята способствует более равномерной, мягкой и качественной сушке исходного сырья, уменьшению расхода топлива.

Топка оборудована горелкой фирмы «Weishaupt», позволяющей регулировать подачу газа в широком диапазоне в автоматическом и ручном режиме.

Камера выгрузки с симметрично переставляемым патрубком разгрузки позволяет выгружать материал в любую сторону и может комплектоваться шнековым транспортером, обеспечивающим герметич-ность выгрузки. 

 

Заключение

На основе производственных испытаний предложены методы усовершенствования сушки глинистого сырья в процессе производства керамических изделий методом полусухого прессования. Показано, что разработанные удлиненные сушильные барабаны целесообразно применять для более качественной сушки гранулированного сырья на автоматизированных кирпичных заводах. Применение новейшего оборудования и улучшение процессов сушки позволяет вывести предприятие на новый уровень, улучшить качество готовой продукции, снизить затраты на топливо, монтаж и ремонт оборудования, исключить запыленность и повысить экологичность цеха.  

Список литературы:  

1. Шлегель И.Ф. Устройство для измельчения и перемешивания пластичных материалов, преимущественно глины. Патент RU 2384401, МПК: В28С1/14. Опубл. 20.03.2010. БИ № 8.
2. Шлегель И.Ф., Рукавицын А.В., Андрианов А.В. Использование установок серии «Каскад» в технологии полусухого прессования кирпича // Строительные материалы. 2010. № 4.
3. Шлегель И.Ф. Уплотнительное устройство вращающейся печи. Патент RU 2283996. МПК: F27В7/24. Опубл. 20.09.2006. БИ № 26.