《矿物加工学》第5章热力干燥.ppt
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1、第 5 章 热力干燥 5.1 概 述 5.2 干燥过程 5.3 干燥机械 5.4 辅助设备 5.5 典型的干燥工艺流程,5.1 概 述,5.1.1 干燥的定义 干燥:利用热能从物料中除去少量水分的操作称为干燥。5.1.2 干燥的目的 干燥作业的目的是进一步降低精煤的含水量,满足用户和运输的要求。,5.1 概 述,5.1.3 热烟气干燥 选煤厂常用的干燥方法是以煤燃烧产生的高温烟气作为热介质,加热精煤,使精煤中水分汽化,从而达到降低精煤水分的目的。热烟气干燥精煤有两种方式。1.直接干燥:热烟气直接与湿精煤接触。热烟气不仅使精煤受热,而且还带走湿精煤中已汽化的水蒸气,在干燥过程中传热与传质的现象同
2、时发生。2.间接干燥:热烟气与湿精煤不直接接触,而是热烟气通过固体面传热给湿精煤。传热与传质现象可分别考虑。,5.1 概 述,5.1.4 选煤厂对精煤的干燥方式 选煤厂对精煤的干燥形式大致有末精煤单独干燥、浮选精煤单独干燥、末精煤和浮选精煤混合干燥三种方式。由于浮选精煤粒度细、水分高、粘性大,单独干燥易结团而影响产品水分脱除;末精煤和浮选精煤混合干燥可解决结团弊端、提高干燥效果。故大部分选煤厂均采用末精煤和浮选精煤混合干燥方式。,5.2 干 燥 过 程,5.2.1 干燥的基本原理 1.干燥过程的本质 干燥过程的本质是被除去的水分从固相转移到气相中,固相为被干燥物料,气相为干燥介质。2.干燥过程
3、实现的条件 水分在物料表面的蒸气压必须超过干燥介质中的蒸气压,物料表面水分才能汽化,由于表面水分的不断汽化,物料内部的水分方能继续向表面移动。,5.2 干 燥 过 程,3、传热的基本方式 传热的基本方式有四种:对流、传导、辐射和高频。,传热方式,在选煤厂的实际干燥过程中,对流、传导、辐射三种传热方式很少单独存在,通常是相互伴随着同时出现。,5.2 干 燥 过 程,5.2.2 干燥速度 1.干燥速度 我们用干燥速度表示物料中水分汽化的快慢。干燥速度即单位时间内在单位干燥面积上被干燥精煤所能汽化的水分质量。其表达式为:v=dW/Fdt 式中 v 干燥速度,kg/(min);W 被干燥精煤脱除的水分
4、质量,kg;F 被干燥精煤总的干燥表面积,;t 干燥时间,min。干燥速度不仅取决于高温烟气的性质和操作条件,还取决于物料所含水分的性质。,5.2 干 燥 过 程,2.平衡水分 当物料与一定温度和湿度的干燥介质接触时,势必会放出水分或吸收水分并达到一定的值。在干燥介质状态不变的情况下,物料中的水分总是维持该定值,此定值称为该物料在一定干燥介质状况下的平衡水分。它代表物料在一定干燥介质状态下可以干燥的限度。只有物料中超出平衡水分的那部分水分才有可能在干燥过程中被脱除,该部分水分称为自由水分。物料所含总水分是由自由水分和平衡水分所组成的。,5.2 干 燥 过 程,5.2.3 干燥过程 1.干燥速度
5、决定干燥时间的长短,并直接决定干燥机处理能力的大小。干燥速度越大,所需干燥时间越短,干燥机的处理能力也就越大。2.干燥曲线:精煤平均水量与干燥时间的关系曲线。根据精煤含水量随时间的变化值可求得干燥速度。3.干燥速度曲线:干燥速度和干燥时间的关系曲线。如图5-1所示。,5.2 干 燥 过 程,图5-1 物料含水量、干燥速度、物料温度与时间变化关系曲线1物料含水量曲线;2干燥速度曲线;3物料温度曲线,4.在干燥过程中,若将含水率超过平衡水分的湿物料与未饱和的热烟气接触,则水分逐渐汽化并通过表面上的气膜扩散至烟气中,烟气则不断将热量传给物料以供给水分汽化所需的潜热,并渐渐地把汽化了的水分带走。因此,
6、干燥速度不仅与干燥介质有关,也与物料本身因失水而引起的变化有关。在恒定干燥条件下,依据干燥速度的变化,干燥过程可分为四个阶段:预热阶段、恒速阶段、降速阶段和平衡阶段。,5.2 干 燥 过 程,5.2 干 燥 过 程,5.2.3 干燥过程(1)预热阶段 设完全湿透而且水分分布均匀的湿精煤,原来的温度A3。当与烟气接触时,热烟气先将热量传给湿精煤,使精煤及其所带水的温度升高。精煤温度由A3升到B3,由于受热,水分开始汽化,干燥速度由零(A2)增加到最大值B2。精煤的水分则因汽化而减少,由A1降到B1。此阶段汽化水量仅占全过程的5%左右.特点是干燥速度由零升到最大值,热量主要消耗在精煤加温和少量水分
7、汽化上。因此水分降低很少。,5.2 干 燥 过 程,(2)恒速阶段 干燥速度达最大值后,由于煤粒表面水分蒸气压大于该温度下热烟气的蒸气压,水分从煤粒表面汽化并进入热烟气。煤粒内部的水分不断向表面扩散,使其保持润湿状态。只要煤粒表面均有水分时,汽化速度可保持不变,故称恒速阶段。,5.2 干 燥 过 程,(3)降速阶段 达到临界含水量之后,随着干燥时间的延长,水分由煤粒内部向表面扩散的速度降低,并低于表面水分汽化的速度,干燥速度也随之下降,称为降速阶段。在此阶段,根据水分汽化方式的不同又分为两个阶段:部分表面汽化阶段。内部汽化阶段。,5.2 干 燥 过 程,(4)平衡阶段 当煤粒中水分达到平衡水分
8、时,煤粒中水分不再汽化,干燥速度等于零,故称为平衡阶段。精煤的实际干燥过程不可能达到平衡水分状态,所以它只包括预热阶段、恒速阶段和部分降速阶段。,5.3 干 燥 机 械,5.3.1 干燥机械的分类 1.按干燥介质的种类分为:空气、热烟气和红外线干燥机等;2.以操作方法分为:间歇的和连续的;3.以气体与物料运动方向不同分为:顺流式、逆流式和复流式;4.按气体与物料传热情况分为:直接传热、间接传热式;5.根据干燥机形状和物料运行情况分为:膛式、滚筒式、井筒式、沸腾床层式、螺旋式和振动式等。,5.3 干 燥 机 械,5.3.2 滚筒式干燥机 1.适用于:处理细粒但不过分粘结的物料,既可混合干燥末精煤
9、和浮选精煤,也可单独干燥浮选精煤。多用于干燥水分较高、013mm级中细粒含量较多的湿精煤。2.构造:滚筒式干燥机由滚筒、挡轮、托轮、传动装置和密封装置组成。结构如图所示。,5.3 干 燥 机 械,(1)托轮 托轮是滚筒的支承装置,前端两个,后端两个,支承着轮箍。托轮的作用:支承滚筒,整个滚筒和滚筒内物料的重量全部压在4个托轮上,并在托轮上转动。调整滚筒倾角,滚筒每端两个托轮在横向上可以移动,通过改变两端托轮间距离,可调整滚筒倾角。防止滚筒轴向移动,在托轮安装时有意使两托轮轴线不平行,当滚筒在轮上转动时产生轴向推力以防止滚筒向下移动。,5.3 干 燥 机 械,5.3 干 燥 机 械,(2)滚筒
10、滚筒是倾斜安装的,一 般为15,为了防止滚筒沿轴向向下移动,在轮箍侧面装有挡轮。(3)传动装置 滚筒是在传动装置带动下转动的,传动装置包括电动机、减速器、小齿轮、大齿圈。(4)密封装置 由于滚筒干燥机是在负压下工作,为了防止漏风,在滚筒两端与给料箱和排料箱连接部位,都装有密封装置。常见的密封装置有摩擦式、迷宫式、罩式三种。,5.3 干 燥 机 械,3.干燥过程 当干燥物料进入干燥机一区时,随滚筒的转动被大倾角导料板迅速导至倾斜板上,被提起并逐渐洒落形成“料幕”,高温烟气从中穿过而使物料预热并蒸发部分水分。反复数次后,移动到活动翼板上,同时夹带物料一同升起、洒落,并与热烟气形成传导和对流质热传递
11、。当物料移动到带有清扫装置的圆弧形扬料板上时,链条将在上部空间接受的热量传给物料,物料随滚筒的转动被扬料板提起、洒落,与热烟气进行较充分质热传递,并将扬料板内外壁粘附的物料清扫下来。同时清扫装置对物料团球亦起破碎作用,大大增加热交换面积,提高干燥速率。,当物料移动到带有清扫装置的圆弧形蓖条式扬料板时,物料在干燥机内仍按四区的运动规律进行质热传递,但此区物料呈两种状态。干后呈粉状物料,随滚筒转动而从蓖条的间隙漏下;湿的团球留在扬料板圆环内,随滚筒转动逐渐被破碎而使其中水分蒸发、最终被干燥。当物料移动到六区时,已变成低水分松散状态,为了减少扬尘、减轻除尘系统的负荷,在距筒体末端约1m左右的范围不设
12、扬料板,干燥后物料滚动滑行到排料箱,完成整个干燥过程。,5.3 干 燥 机 械,5.3 干 燥 机 械,4.工作原理(1)直接传热顺流式滚筒干燥机的工作原理:物料和由燃烧炉送来的700800高温烟气同方向进入干燥机,物料由扬料板提起并洒落,两者直接接触,将热量传递给湿物料而使湿物料所带水分汽化,并随废气排走。干燥后的物料,由干燥机下端排料箱排出。直接传热顺流式滚筒干燥机适用于潮湿物料能经受强烈干燥或被干燥物料对高温敏感,干燥后物料吸湿性小等情况。(2)直接传热逆流式滚筒干燥机中,物料与干燥介质运动运动方向相反,干燥推动力在整个干燥过程中比较均匀,适用于对物料干燥要求较高且物料对高温不敏感者。,
13、滚筒内可装各式抄板,其作用是搅拌、松散、举起和撒落被干燥的物料,使湿煤与热烟气有较大的接触面和较多的接触机会,加速干燥过程。常用的抄板有叶片式,对煤泥干燥还需在滚筒不同段落安装不同抄板与链条,促使煤团散开并干燥。,NXG型2.414m滚筒式干燥机内部结构,湿精煤进入干燥机第一区时,随滚筒的转动迅速转入二区,物料被提起并逐渐洒落形成“料幕”,高温烟气从中穿过,与湿精煤充分接触,传递热量,提高湿精煤的温度,使水分汽化,反复数次后,湿精煤进入第三区,湿精煤与活动蓖条式翼板夹杂在一起,随滚筒的转动提起洒落,热烟气从中流过,由于翼板是经预热的,此时有对流和传导两种传热方式。进入第四区时,清扫装置为铁链,
14、铁链是预热的,与湿精煤接触,同时物料被提起洒落,与热烟气进行传热,清扫扬料板内外侧黏附的湿精煤,把成团的物料打碎,此时传热方式仍存在。进入第五区,传热形式类似第四区,其中一部分细物料被干燥,从篦条漏下不被扬起,未干燥好的物料被提起洒落,传递热量使水分汽化。当进入第六区时,物料基本干燥,不需扬料板,物料被运送到排料口,完成一个干燥过程。,滚筒式干燥装置,滚筒式干燥装置由以下几种设备或构件组成:,1-燃料给料斗、2-湿煤给料斗、3-燃烧室、4-烟囱、5-干燥滚筒、6-卸料室、7-旋风集尘器、8-引风机、9-集尘装置,5.3 干 燥 机 械,5.3.3 管式干燥机 1.应用:管式干燥机是利用高温高速
15、烟气使精煤在悬浮状态下进行干燥的一种设备,尤其适于处理密度小的细粒物料,可处理00.5mm粒级含量不超过40%的013mm的湿精煤。2.优点和缺点(1)优点:占地面积小、设备投资少、单位容积汽化水量大、精煤在干燥机内停留时间短、干燥机结构简单、制造容易、检修方便和钢材消耗低。(2)缺点:热效率低、电耗大、管壁磨损大、干燥成本高、要求厂房建得较高、干燥后精煤增灰较大、控制复杂、产生煤尘较多,并由于高温烟气对湿精煤的急剧加热作用而使粗粒煤受热不均匀被破碎,具有一定的粉碎作用。,3.构造:包括干燥管、散煤器、清扫器三部分。,5.3 干 燥 机 械,4.工作原理 由燃烧炉产生的高温热烟气从干燥管下部给
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