CC BY
11
Науковий вкник НЛТУ УкраТни. - 2010. - Вип. 20.5
УДК 66.047 Проф. Я.М. Ханик, д-р техн. наук; астр. М.1. Мосюк;
доц. Д.П. Ктзера, канд. техн. наук - НУ "Львiвська nолiтехнiка"
Г1ДРОДИНАМ1КА ФЫЬТРАЦШНОГО СУШ1ННЯ
БУРОГО ВУГ1ЛЛЯ
Наведено результати експериментальних дослщжень пдродинамши тд час ру-ху теплоносiя через сухий шар бурого вугшля. Вивчено гiдродинамiчнi закономiр-ностi процесу сушшня дрiбнодисперсних фракцiй бурого вугiлля у щшьному шарi, коли теплоносiй рухасться в напрямку "шар матерiалу ^ перфорована решiткам. На основi узагальнення експериментальних даних було побудовано графiчну залеж-нiсть, що мае лшшний характер, яка показуе змiну гiдравлiчного опору шару бурого вугiлля залежно вщ змiни висоти шару матерiалу. Представлена залежнiсть дае змо-гу прогнозувати величину гiдравлiчного опору шару матерiалу за змiни його висоти.
Ключов1 слова: сушшня, брикетування, кшетика дрiбнодисперсних фракцiй.
Постановка проблеми. Вугшьна промисловють е базовою галуззю паливно-енергетичного комплексу Укра!ни. Значну частку вугшля, що ниш видобувають (майже 70 %), спалюють в енергетичних установках. Вугшля е головним енергоноЫем, що використовуеться на бшьшост ТЕС краши. Знач-ний обсяг вугшля використовують як сировину для отримання вторинного палива 1 горючих продуклв. Як сировина для технолопчного перероблення найбшьшу цшшсть мае реакцшно спроможне вугшля, до якого належить значна частина кам'яного та вс види бурого вугшля. Вугшля також е не-вщ'емною частиною циклу виробництва чавуну й окремих сорт1в стал1 для вугшьного коксу, виробництва абразивних матер1ал1в, карбщв, вуглеграфгго-вих матер1ал1в, феросплав1в, а також постачальником сировини х1м1чним тд-приемствам. Здебшьшого для подальшого використання вугшля шсля видо-бування потр1бно висушити.
Паливш матер1али - торф, буре вугшля, др1бш класи кам'яного вугш-ля та антрацш!в, нашвкоксовий та коксовий др1б'язок, побутов1 в1дходи -брикетують { застосовують паливш брикети як паливо. Брикетування тдви-щуе теплоту згоряння бурого вугшля, полшшуе ККД спалювання, транспор-табельшсть, умови збершання та використання паливно! сировини.
Залежно вщ властивостей вихщно! сировини, брикетування викону-ють без в'яз1вних речовин (молоде буре вугшля, торф) тд д1ею тиску 100250 МПа { з1 в'яз1вниками (кам'яне вугшля та рудний др1б'язок, антрацитовий штиб та ш.) тд д1ею тиску 20-80 МПа. Процес брикетування охоплюе певну послщовшсть оброблення сировини, до яких належить сушшня. Промислове сушшня - стад1я виробництва, вщ ефективно! оргашзаци яко! залежить яюсть та соб1варт1сть готового продукту. Наявш методи зневоднення дисперсних матер1ал1в, до яких належить буре вугшля перед його брикетуванням, характеризуются значними енергозатратами { тривалютю, тому штенсифшащя ос-таншх, зменшення питомих енергетичних затрат та технолопчного наванта-ження на навколишне середовище е актуальними питаннями сьогодення.
Об'ект дослiдження. Об'ектом дослщження було буре вугшля "Моро-зовського" кар'еру, видобуте вщкритим способом. Основш характеристики бурого вугшля подано у табл. 1.
3. Технолопя та устаткування деревообробних шдприемств
113
Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраТни
Табл. 1. Характеристика бурого вуг 'шля "Морозовського " кар 'еру
1нтервал значения Воло- псть, % Золь- тсть, % С1рка, % Вихвд летких, % Вихвд б1туму, % Гумшов1 кислоти, % Теплота згорання, Q, КДж/кг
вища нижня
В1д - 8,6 1,8 24,6 2,4 38,3 24,40 -
до - 40,0 4,3 58,1 9,0 89,1 29,30 -
середне 56,2 16,0 3,6 49,1 6,6 62,6 28,67 8,32
З табл. 1 видно, що початкова вологiсть видобутого бурого вугшля становить 56,2 %, а для здшснення процесу брикетування вугшля висушують до вологостi 20 %. Буре вугшля на виробнищш сушать в барабанних сушар-ках, але цей процес мае низку вад, як з погляду питомих енергозатрат, так i з погляду забруднення навколишнього середовища. Виходячи iз аналiзу мето-дiв сушiння, найпридатшшим, як з погляду захисту довкшля та штенсифжа-ци процесу, так i з погляду зменшення енергозатрат е фшьтрацшне сушiння.
Ми пропонуемо сушшня бурого вугiлля у щшьному шарi, коли тепло-носiй рухаеться в напрямку "шар матерiалу ^ перфорована решггка", на якiй розмщений шар дисперсного матерiалу (рис. 1). Шд час такого сушiння теп-ловий агент рухаеться крiзь пористу структуру вологого матерiалу внаслiдок створення перепаду тиску, при цьому поверхнею випаровування е розвинена внутршня поверхня матерiалу, яку омивае тепловий агент, i яка на порядок-
два е бшыпою, шж геометричш розм1ри об'екта супиння.
р1
Рис. 1. Схемарозмщення дисперсного материалу на перфорованшрешШщ тд час сушшня в щшьному
шарк 1 - дисперсний материал; 2 - перфорована рештка; Р1 - тиск над шаром матер1алу; Р2 - тиск тд шаром материалу; перепад тисшв АР=Р1 - Р2
Сушшня у щшьному шарi характеризуеться дуже високою штенсившстю тому, що потж вологи { температурний град1енти зб1гаються за напрям-ком, ^м цього значна частина вологи видаляеться внаслщок мехашчного витюнення i винесення. Такий метод сушшня перебувае на стадй експери-ментального i теоретичного дослщження, у промисловостi застосовують рщ-ко через недостатшсть обгрунтованих методiв розрахунку технолопчних па-раметрiв процесу й основних розмiрiв сушарок.
Метою роботи е вивчення гiдродинамiчних закономiрностей процесу сушшня дрiбнодисперсних фракцiй бурого вугшля у щшьному шар^ коли теплоносш рухаеться в напрямку "шар матерiалу ^ перфорована решггка", який мае багато ютотних переваг над наявними методами зневоднення, а са-ме: затрати енерги на органiзацiю процесу та фазове перетворення вологи, що мютиться у матерiалi, зменшуються завдяки видаленню значно! 11 кiлькостi рухомим теплоноЫем у перiод механiчного витюнення та винесення; завдяки руху теплоношя в напрямку "шар матерiалу ^ перфорована перегородка" практично вiдсутнiм е винесення дрiбнодисперсноl фази матерiалу зi сушильного агрегату, вiдпрацьований теплоносш характеризуеться низькими температурами, що дае змогу зменшити техногенне навантаження на атмосферу.
Науковий тсиик НЛТУ УкраТии. - 2010. - Вип. 20.5
Аналiз останшх доcлiджень та публiкацiй. Дослiдженню пдродина-мiки фiльтрацiйного сушiння вугiлля присвячено низку наукових праць. Ви-никла потреба у здiйсненнi дослiджень, спрямованих на визначення пдрав-лiчного опору стащонарного шару дрiбнодисперсного бурого вугшля.
Обговорення отриманих результатiв. Першим етапом дослщження сушiння бурого вугiлля за вибраним методом е вивчення гiдродинамiки про-цесу, яка визначае питомi енергозатрати на створення перепаду тисюв для за-безпечення певно! швидкост руху теплоносiя через шар матерiалу. Результа-ти експериментальних дослiджень пдродинамжи пiд час профiльтровування з теплоноЫя крiзь сухi шари бурого вугшля рiзноl товщини представленi на прикладi фракци дослiджуваного об'екта з розмiрами частинок ^=(0,1-20) 10"
м i зображено на рис. 2, 3.
ДР, Па.
16000 1 лппп 12000 10000 8000 G000 4000 2000 0
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Рис. 2. Змта гiдравлiчного опору шару сухого бурого вугтля залежно eid фжтивноХ швидкостi теплоноЫя. Фракця бурого вугтля з розмiрами
частин d=(0,1-20)1ff3 м
30000 25000 20000 15000 10000 5000 0
0 5 10 15 20
Рис. 3. Змта гiдравлiчного опору шару бурого вугтля рiзноi висоти за швидкостi
руху теплоноЫя 1,5 м/с
1з графiчних залежностей видно, що величина гiдравлiчного опору зростае iз збшьшенням швидкост руху теплоношя та висоти шару матерiалу. Також видно, що зi збшьшенням висоти шару бурого вугшля вщ 1 • 10- м до 7-10" м, пдравлшний отр рiзко зростае i змшюеться вiд 6000 Па до 15000 Па за швидкост руху теплоношя 2 м/с. Представленi графiчнi залежност мають параболiчний характер, що свщчить про вплив на гiдравлiчний отр як в^в-но!, так й шерцшно! складникiв.
-Н=0,01м ■Н=0,03м ■ Н=0,05м ■Н=0,07м
ДР, Па.
Н, м-10
-2
3. Технологiя та устаткування деревообробних шдприемств
115
Нащональний лкотехшчний ушверситет УкраТни
На 0CH0Bi здiйснених експериментальних дослiджень та узагальнення експериментальних даних було побудовано графiчну залежнiсть, що мае ль ншний характер, яка показуе змiну гiдравлiчного опору шару бурого вугiлля (фракщя з розмiрами частин d=(0,1-20) 10" м) залежно вiд змiни висоти шару матерiалу (за швидкостi руху теплоноЫя 1,5 м/c). Представлена залежшсть дае змогу прогнозувати величину гiдравлiчного опору шару матерiалу за змь ни висоти останнього до 1810 м.
Лггература
1. Ханык Я.Н. Фильтрационная сушка плоских проницаемых материалов : дисс. ... д-ра техн. наук / Ярослав Николаевич Ханык. - Львов. - 1992. - 401 с.
2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г. Касаткин. - М. : Изд-во "Химия", 1971, 784 с.
4. Лыков А.В. Теория сушки / А.В. Лыков. - М. : Изд-во "Энергыя", 1968. - 254 с.
5. Ханик Я.М. Пдродинамша процесу фшьтрацшного сушшня матер1ашв для яких властиве явище сщання / Я.М. Ханик, Я.М. Гумницький, В.М. Атаманюк // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Украши. - 2008. - Вип. 18.7. -С. 16-22.
Ханык Я.М. Мосюк М.И., Кинзера Д.П. Гидродинамика фильтрационной сушки бурого угля
Приведены результаты экспериментальных исследований гидродинамики при движении теплоносителя сквозь сухой слой бурого угля. Изучены гидродинамические закономерности процесса сушки мелкодисперсных фракций бурого угля в плотном слое, когда теплоноситель движется в направлении "слой материала ^ перфорированная решетка". На основе обобщения экспериментальных данных была построена графическая зависимость, имеющая линейный характер, которая показывает изменение гидравлического сопротивления слоя бурого угля в зависимости от изменения высоты слоя материала. Представленная зависимость дает возможность прогнозировать величину гидравлического сопротивления слоя материала за изменения его высоты.
Ключевые слова: сушение, брикетирование, кинетика мелко дисперсных фракций.
Hanyk Ya.M., Mosiuk M.I., Kinzera D.P. Hydrodynamics of lauter
drying of brown coal
The results of hydrodynamics experimental investigations, when heat carrier moves through dry lager of brown coal, as well the results of studying of brown coal highly dispersed fractions drying process, when heat carrier moves in "material layer ^ perforated lattice" direction, are represented. On the basis of generalization of experimental information graphic dependence which has linear character was built, which shows the change of hydraulic resistance of layer of brown coal depending on the change of height of layer of material. The presented dependence enables to forecast the size of hydraulic resistance of layer of material for the changes of its height.
Keywords: drying, briquetting, kinetics of shot dispersible factions.
