9.8. Газовое оборудование сушильных установок

Сушка — термический процесс удаления влаги или растворителей путем их испарения.

При сушке протекают три основных процесса:

  • испарение влаги с поверхности материала, сопровождаемое поглощением тепла;
  • перемещение образующегося на поверхности материала пара в окружающую среду;
  • перемещение влаги внутри материала от центральных слоев к поверхности испарения.

Благодаря испарению концентрация влаги на поверхности уменьшается. При этом создается разность (градиент) влагосодержаний на поверхности и в центральных слоях материала, обеспечивающая непрерывное движение влаги от центра к поверхности испарения.

Сушка в зависимости от вида теплообмена подразделяется на конвективную , когда передача теплоты от сушильного агента к высушиваемому материалу (изделию) осуществляется конвекцией, и радиационную, когда теплота материалу передается излучением.

Наиболее распространена конвективная сушка, интенсивность которой зависит от разности парциальных давлений водяных паров на поверхности испарения и сушильного агента, характера и скорости движения сушильного агента, влажности материала и температурного режима сушки. Поэтому сушка в вынужденном потоке идет быстрее, чем естественная в свободном потоке газовой среды.

Для разных материалов и изделий в зависимости от размеров и нормы их устанавливают режим сушки, который определяется на основании технологических требований путем соответствующих лабораторных исследований.

Большинство сушильных установок, а также ряд других тепловых агрегатов (например, печи дожигания) оборудуются выносными топками, необходимость применения которых обусловлена невозможностью выноса процесса горения в рабочий объем сушилки (из-за низкого температурного уровня сушильных процессов) и опасностью неблагоприятного воздействия высокотемпературного ядра факела на обрабатываемый материал (оплавление, обжиг, сгорание); возможностью обрыва реакций горения при соприкосновении с материалом и частями сушила и образования химического недожога; необходимостью получения сушильного агента с высокой равномерностью полей температуры; технической сложностью совмещения газогорелочного и топочного оборудования с сушилкой (например, при вращении или вибрации последней).

Однако применение выносных топок связано с большими трудностями из-за громоздкости конструкции, а также быстрого выхода из строя. Недолговечность топок объясняется условиями их эксплуатации. Газ в топках сжигается с малыми коэффициентами избытка воздуха (α = 1,1–1,3), а продукты сгорания разбавляются затем до необходимой температуры в специальных смесительных камерах. Отсутствие полезного теплоотвода приводит к тому, что даже при сравнительно невысокой плотности теплового потока (0,2–0,5 МВт/м3) в объеме топки и на поверхности кладки развиваются высокие температуры (до 1600°С). Происходящее в результате стеклование поверхности кладки обусловливает ее быстрое разрушение вследствие температурных перепадов, вибрации, передаваемой от сушила, и т. д. Даже при кладке из шамотного кирпича период безопасной эксплуатации камерных топок барабанных сушил не превышает полугода.

Высокая температура ограждающих поверхностей топок приводит к значительным потерям теплоты в окружающую среду (10–15%) и повышенному синтезу оксидов азота. По удельному выбросу NOх на единицу затраченной теплоты сушильные установки часто превосходят крупные котлоагрегаты.