高效节能型管束干燥机的技术创新

推广使用具有节能环保特性的间接式干燥设备是目前干燥技术发展的一个重要趋势。本文着重就高效节能型管束干燥机的工作原理、结构特点等技术创新点作了介绍。                        东北大学沈阳一通创业科技公司研制的新型管束干燥机，大幅度地增加了热效率，比普通管束干燥机提高干燥强度30%，设备能耗达到国内同类产品先进水平，每蒸发1公斤水需要1.2-1.3公斤蒸汽。                        干燥机核心部件管束由优质锅炉钢管（GB3087）制成，采用先进的胀接工艺，彻底解决了传统焊接工艺在焊缝处易产生断裂的缺陷。两端半轴整体车削加工，精确的同轴度极大地提高了管束主轴承的使用寿命及管束的运行平稳性。根据物料干燥特性曲线设计的升举均布式管束铲板，可以使不同物料达到最佳的干燥效果。       1 升举均布式铲板----完全混合状态                        管束干燥机属于搅拌型传导换热干燥机，克服上述热阻，保证良好的干燥效果，关键因素是干燥过程中的搅拌混合程度。由于物料在干燥机内部运动的规律很难精确描述，颗粒覆盖系数fR一般要通过实际运行的干燥机的实测数据来确定。       普通管束干燥机——不完全混合状态                        在普通管束干燥机中，沿长度方向分别分布着推料铲板、翻料铲板、卸料铲板，主要对混合状态起作用的是翻料铲板，类型为升举式铲板。物料在旋转120℃左右开始下落，与管束加热壁面接触，经过4次接触过程后，脱离加热壁面到干燥机底部料床。这种铲板会引起气体的分层现象，并随着转子转数的减少和转子直径的加大而增加。采用这种铲板的好处是干燥器内壁容易清洗，但干燥器的填充率较低，在0.1-0.2之间。       新型管束干燥机——完全混合状态                        在新型管束干燥机中，升举均布式铲板根据物料的干燥特性曲线设计，能够使物料在旋转的各个角度下落，与管束加热壁面的接触在旋转的各个角度，从而使物料趋向完全混合状态。提高了管束表面利用率和颗粒覆盖系数        fR根据物料的干燥特性，在干燥过程中，由于含水量的变化，物料的状态和性质也会随之发生变化，因此，铲板的形式应沿着长度方向采取几种铲板形式。另外，同类型的铲板的形状和角度也应变化，最大限度保证物料在整个横截面上均布，破坏气体分层现象。                        新型管束干燥机沿长度方向分别分布着推料铲板、翻料铲板和均布铲板、卸料铲板，主要对混合状态起作用的是翻料铲板和均布铲板，类型为升举式铲板。这种铲板能保证物料良好的倾撒和将其均匀地分散在转子的整个横截面上。       根据实测值，管束表面利用率比普通管束干燥机提高20%以上, fR 比普通管束干燥机提高30%以上。       此外，铲板的数量、形状和填充系数之间的关系，应该是在铲板上物料最多的时候，在干燥器内堆存的物料应该刚好遮盖铲板的裸露部分。       铲板的数量与转子直径有关，东北大学干燥所的研究表明：一般数量与转子直接的的关系是：n=(10~14)D        （D为转子直径）。铲板半径方向的高度hR与转子直径的关系如下表：       2 虹吸戽----无冷凝水存留       接斗式勺型戽斗—适合高转速设备                        在冷凝水的排出机构上，普通的管束干燥机采用的是勺型戽斗，这种戽斗随管束一起旋转，封头内的冷凝水进入斗口区域，当口面向上超过水平轴线后，落入戽斗内的冷凝水即经空心轴排出机外。                        这种戽斗的缺点是：在管束的某个水平面内始终有水存在，蒸汽只存在其上部的管内，下部管内的冷凝水不能及时排出，影响了蒸汽利用率和热效率。同时在排出冷凝水的过程中，不可避免地带走部分蒸汽，增加了蒸汽损失。       虹吸戽--适合低转速设备                        新型管束干燥机以虹吸戽取代了普通的勺型平铲式戽斗，它利用换热器内蒸汽压力与疏水器之间的压差，冷凝水经由换热器底部的管口连续排出，管口距离底壁的间隙一般控制在5-10mm，管径由冷凝水量决定，一般小筒体采用DN15mm、大筒体采用DN20-25mm的虹吸管；另一端管口固定在进汽头构件中。                        虹吸管戽不仅减少了蒸汽的损失，更为重要的管束底部的排管中基本没有冷凝水存留，实际供热和干燥面积大大增加，提高了蒸汽的利用率。并且这种戽斗，在及时排出冷凝水的同时，基本没有蒸汽损失。       3 射流技术----进口段换热系数提高                        蒸汽的进入方式由普通的充填式改进为射流进入方式，这是自由射流强化换热技术在蒸汽换热方面的应用。在湿物料的入口处，蒸汽的汽速比其他部位高，从而形成了蒸汽的局部脉冲流，一方面对端面管板形成射流，提高了端面管板的换热效果，同时将进口段的层流状态改变为紊流状态，就是说汽速的提高使局部传热系数提高。       对流传热速率方程:  牛顿冷却定律       根据“速率等于推动力除以阻力”，也等于某一系数乘以推动力。       热流体 dQ =ds α(T-TW )       冷流体dQ =ds α (tW-t)       式中：α：局部对流传热系数；一般用平均对流传热系数       Q= α S Δt m        Δt m —  平均传热温差       由于局部射流的作用，局部换热系数相应提高，从而换热量增加。 · 行业聚焦： 回转圆筒干燥机 　　已用于硫酸铁、硝酸铁、尿素、焦亚硫酸钠、钙镁磷肥、轻质碳酸钙、磷矿、硫精矿、石棉矿等物料的干燥。 　　滚筒干燥机 　　已用于硫化蓝、硫化元、淀粉、轻质碳酸钙、苯甲酸钠、三盐基硫酸铝、葡萄糖、草酸、酵母、煤粉、味精、硝酸钠、立德粉、增白剂、直接元青、重碱、拉开粉、电玉粉、碳酸氢钠、盐基锌、硫酸铬、骨胶、活性炭等物料的干燥。 　　厢式干燥机 　　常压厢式干燥机已用于纸张、皮革、棉纱、人造丝束、羊毛、染料、颜料、盐类、催化剂半成品、催化剂、陶瓷、耐成粉状干燥产品，节省了干燥前预处理，干燥后粉碎、筛分等工序；由于干燥速度快，物料受热时间短，不易破坏干燥物料的组分，特别有利于对热敏性物料的干燥；干燥过程全封闭，无杂质混入，成品质量高，操作环境好。目前，闪蒸干燥机已根据不同的物料设计出了多种机型，并形成了系列产品，在化工、制药、轻工、食品、矿产等行业的应用范围越来越广泛。 　　比较典型干燥设备的干燥物料有： 　　无机物：硼砂、碳酸钙、氢氧化物、硫酸铜、氧化铁、碳酸钡、三氧化锑、各种重金属盐、合成冰晶石、碳酸锰、碳酸镁、亚硫酸钠、磷酸氢钙、氧化铝、氧化铁红、氢氧化铝、醋酸钠、白碳黑、膨润土等。 　　有机物：月桂酸隔、苯甲酸、安现在的饲料厂都配有制粒机，用以压制各种规格的颗粒饲料。随着我国饲料工业的发展和市场的逐步成熟及养殖水平的提高，养殖者和饲料厂都对颗粒饲料的制作提出了更严格的标准。这样就促使我们除了对如压模、配方、蒸汽的压力波动、调质效果、管道系统设计、疏水方式甚至管道保温性能等等都高度重视并不断完善外，还需对蒸汽流量的调节给予特别的重视。 　　1 制粒工控制制粒机蒸汽流量的优缺点 　　过去大多数饲料厂对制粒机蒸汽流量的控制，一般都是由制粒机操作工通过现场粘度适中的料液的雾化效果最好。 　　图4  脉动频率100 Hz、流量35L/h雾滴粒度重量分布图 　　3 结语 　　本文从雾滴的Sauter平均直径和粒度重量分布两个方面，分别进行了料液流量、脉动气流频率和料液粘度对雾化效果影响的试验研究。试验结果表明，这三个影响因素对脉动气流雾化效果都有较大的影响，脉动气流频率越大、料液流量越小和料液粘度适中时雾化效果最好；本试验条件下采用脉动气流雾化得到的雾滴的Sauter平均直径在50～100µm之间，粒度重量分布均匀，应用前景广阔。进一步的研究将通过理论与试验相结合的方式，对脉动气流的雾化机理进行探索。

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