Бернштейн Лев Григорьевич, ген. директор
ЗАО "НИИ "Гипроцемент-Наука"


Сушка песка является одним из важнейших этапов приготовления сухих строительных смесей (ССС), в значительной мере определяющих качество и стоимость выпускаемого продукта. Сушка песка может осуществляться в сушильных установках кипящего слоя, в сушилках виброкипящего слоя, а также во вращающихся сушильных барабанах. Сушилки кипящего слоя обладают весьма высокой тепловой эффективностью, обеспечивают влагосъем 150-200 кг/м3 установки и плоскостное напряжение около 1000 кг влаги с кв. метра решетки в час. Удельный расход тепла в таких установках - в пределах 5000-6500 кДж на кг испаренной влаги.

Рис. 1. Установка для сушки дисперсных материалов в кипящем слое.

1 - вентилятор подачи воздуха; 2 - подача топлива; 3 - топка; 4 - окно для подачи воздуха; 5 - аварийная труба; 6 - бункер с питателем подачи материала; 7 - решетка; 8 - сушильная камера; 9 - выгрузка продукции; 10 - циклон; 11 - батарейный циклон; 12 - отсасывающий вентилятор; 13 - конвейер готовой продукции.



На рис. 1представлена схема сушилки кипящего слоя, состоящей из топки 3, сушильной камеры 8 и запечных устройств для очистки и удаления отходящих газов 10, 11, 12. Недостатком установок кипящего слоя является повышенный расход электроэнергии, необходимый для создания кипящего слоя, а также сложность поддержания режима кипения при полифракционном составе песка.

Для преодоления этих трудностей разработана сушилка с виброкипящим слоем, где кипящий слой создается за счет вибрации решетки 8, осуществляемой специальным виброприводом (рис. 2).

Рис. 2. Установка для сушки дисперсных материалов с виброкипящим слоем.

1 - подача воздуха на горение; 2 - подача топлива; 3 - топка; 4 - окно для подачи воздуха; 5 - аварийная труба; 6 - вибропривод решетки; 7 - питатель; 8 - решетка; 9 - сушильная камера; 10 - циклон; 11 - отсасывающий вентилятор; 12 - вагонетка для выгрузки уносов; 13 - выгрузка продукции; 14 - конвейер.



Преимуществом этих агрегатов является высокая интенсивность теплопередачи и, соответственно, низкий удельный расход тепла на сушку. Недостатком - сложность вибропривода и повышенные требования к стабильности фракционного состава песка, поступающего на сушку. Большое распространение для сушки песка получили барабанные сушилки, схематически представленные на рис. 3.

Рис. 3. Барабанная сушильная установка.

1 - топка; 2 - смесительная камера; 3 - окно для подачи холодного воздуха; 4 - аварийная труба; 5 - подача материалов; 6, 11 - концевые камеры сушилки; 7 - уплотнительные кольца; 8 - опорные бандажи; 9 - металлический барабан; 10 - венцовая шестерня; 12 - циклон; 13 - отсасывающий вентилятор; 14 - конвейер; 15 - челюстной затвор; 16 - роликовые подшипники; 17 - вентилятор подачи воздуха на горение; 18 - подача топлива.



Основные узлы сушилки - топка 1, вращающийся барабан 9, разгрузочное устройство 11 и устройство для очистки и удаления отходящих газов 12, 13. Недостаток такой установки - высокая стоимость, преимущество - высокая надежность при непрерывной работе с выпуском десятков тонн сухого песка в сутки.

Для повышения интенсивности сушки вращающийся барабан оборудуется встроенными насадками, примеры конструкций которых приведены на рис. 4.

Рис. 4. Насадки для сушильных барабанов.

а) - ячейковая; б) - промежуточного типа; в) - подъемно-лопастная.



Важным этапом проектирования сушильных аппаратов является выбор спутной или противоточной схемы теплообмена. Спутная схема применяется при сушке материалов, не допускающих перегрева материала, например, горючих, взрывоопасных или теряющих качество при перегреве. При такой схеме теплообмена получаем повышенную температуру отходящих газов и, соответственно, повышенные тепловые потери.

Для сушки песка предпочтительна противоточная схема теплообмена, рис. 5.

Рис. 5. Схема изменения температур материала и сушильного агента в барабанной сушильной установке.

a) - при прямотоке; b) - при противотоке.



При проектировании сушильного барабана исходят из удельного паронапряжения сушильного барабана g, определяемого по номограмме.

Далее находят количество испаряемой воды по формуле:
,
где Q - производительность барабана по высушенному песку, W1 - начальная влажность, W2 - конечная влажность, %, G - количество высушиваемой воды в килограммах..

Размеры барабана определяют делением количества испаряемой воды на паронапряжение:

выбором диаметра D из типового ряда и расчетом длины барабана по формуле:

при отношении длины L к диаметру D в пределах 6-9.

Развитие техники сушки песка во вращающихся барабанах идет в двух направлениях:

1. Повышение скорости вращения барабана в сочетании с установкой пересыпных лопастей и повышением температуры теплоносителя до 1400 -1600?С позволяет увеличить производительность сушильного агрегата в 2-3 раза. Однако при этом неизбежно повышается температура выходящего сухого песка и составляет 130-150?С.

2. Применение схемы "труба в трубе" для сушки песка во вращающемся барабане.

Агрегат состоит из двух эксцентрично соединенных барабанов, вращающихся совместно. Внутренний барабан имеет диаметр 0,7 - 0,8 наружного. Барабаны соединены между собой по образующей и поэтому при вращении всей конструкции вокруг оси наружного барабана внутренний барабан описывает неподвижную окружность. Эта окружность может быть использована для организации подачи топлива и сырого песка на сушку. Схема агрегата представлена на рис. 7.

Рис. 7. Сушильный барабан типа "труба в трубе"



Материал подается шнеком в загрузочное окно внутреннего барабана (8). В это же загрузочное окно подается и топливо, сжигаемое в горелке с подачей воздуха в заданном соотношении. Материал движется сначала по внутреннему барабану, а потом по наружному. Движение материала осуществляется за счет пересыпныых лопастей. В результате барабан не имеет уклона к горизонту, что существенно упрощает конструкцию агрегата. Высокая интенсивность теплопередачи обеспечивается включением кондуктивной теплопередачи от стенки внутреннего барабана к материалу, находящемуся в наружном барабане.

Рассмотрим основные показатели агрегатов, применяемых для сушки песка.

Наименование агрегата Расход топлива w=8% Установленная мощн. Масса Площадь потребления Тем-ра песка Требования к сырью
  кг/тонн квт/т т/т м2 0C мм
1. Установка вибро-кипящего слоя 7,5 4,6 1,7 25 100 40
2. Барабанная сушилка спутного тока 8,0 4,2 0,6 30 80 100
3. Барабанная сушилка, противоточная 7,9 4,2 0,5 28 100 100
4. Барабанная сушилка, противоток, температура теплоносителя 16000C, скорость 25% критической 8,0 3,8 0,4 22 140 100
5. Двухбарабанная сушилка 7,6 3,6 0,35 20 70 100


Особенности сушки песка для производства ССС

При сушке песка для производства ССС необходимо учитывать некоторые особенности:

1. Влажность песка не должна быть выше 0.5%, поэтому должен быть обеспечен тщательный контроль за влажностью выходящего продукта.

2. Температура песка, используемого для производства, должна быть низкой, не более 50?С, поэтому сушилка должна быть обеспечена холодильником для охлаждения песка. Один из возможных типов холодильников - барабанный, обеспечивающий возврат тепла выходящего песка в процесс сушки.

3. Учитывая плохие условия горения топлива внутри барабана, сушилки, работающие на мазуте, угле и других видах топлива, способных образовывать золу, должны быть обеспечены камерой сгорания. При работе на газовом топливе и некоторых видах жидких топлив имеется возможность отказаться от использования камер сгорания за счет использования современных горелочных устройств.

4. Учитывая, что при производстве ССС предъявляются весьма жесткие требования к фракционному составу песка, целесообразно оборудовать сушилки системой барабанных сит для первичного фракционирования песка.

Установка для производства песка состоит из вращающегося барабана размером ф 2.0 х 20 м, барабанного холодильника ф2.0 х 6.0 м, выносной топки, системы барабанных сит для первичного фракционирования и запечной системы очистки отходящих газов. Производительность установки составляет около 4 тонн сухого песка в час. Годовая мощность установки оценивается в 30 тыс. тонн.

Литература

1. "Проектирование цементных заводов", Санкт-Петербург, "Синтез", 1995 г.

2. "Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей" Перегудов В. В., Роговой М. И., М., Стройиздат, 1983 г.

3. "Печи цементной промышленности". Ходоров Е.И., Издательство литературы по строительству, Ленинград, 1968 г.