Регулирование температуры и высоты кипящего слоя

Регулирование температуры слоя

Предположим, что имеется установившийся процесс сушки продукта, когда известны температура процесса и количество теплоносителя, влагосодержание материала и нагрузка по влажному материалу. При изменении хотя бы одного из вышеперечисленных параметров произойдет дисбаланс прихода и расхода тепла и одновременное изменение температуры слоя и уходящих газов. Если увеличить количество загружаемого продукта либо повысить его влажность (или же изменить оба параметра), то вследствие этого увеличится расходная составляющая баланса при постоянном приходе тепла и понизится температура слоя. И наоборот. При повышении температуры теплоносителя или увеличении его количества при прежней загрузке температура слоя будет повышаться. Получается, что температура слоя является своего рода индикатором изменения переменных, которые характеризуют сушку.

Основная задача системы регулирования заключается в поддержании на постоянном уровне температуры слоя, т.к. именно она является одним из главных параметров, который отражает соответствие расхода и прихода тепла в тепловом балансе. Технологические требования также диктуют необходимость постоянства температуры слоя.

Доказано, что при сушке продукции в кипящем слое ее конечная влажность зависит от температуры слоя. Благодаря этому качество сушки может регулироваться очень простым способом - необходимо постоянно поддерживать температуру слоя на уровне, заданном для конкретного материала. Когда это условие нарушается (температура слоя понижается), то увеличивается конечная влажность продукта, а это иногда может ухудшить условия псевдоожижения и стать причиной аварийного состояния установки. Вместе с уменьшением температуры слоя понижается и температура отходящих газов. Это опасно тем, что в узле пылеулавливания может произойти конденсация паров.

Когда температура слоя увеличивается, то происходит снижение тепловой эффективности установки и производительности хвостового дымососа. Последнее становится причиной уменьшения объема теплоносителя и производительности всей установки.

Из всего вышеизложенного следует, что оптимальный способ регулировки температуры слоя – это стабилизация ее на заданном уровне. На производстве не удается избежать возмущающих факторов, которые обусловлены колебанием влажности сырого материала, поступающего на сушку, или его количества. В связи с этим следует,  что задача регулирования температуры слоя сводится к компенсации возникающих изменений так, чтобы колебания температуры не выходили за определенные рамки.

Температуру слоя можно регулировать двумя методами.

Рис. 1 - Схема автоматического регулирования процесса сушки в аппарате кипящего слоя: 1 - аппарат кипящего слоя; 2 - забрасыватель; 3 - шнек; 4 - бункер; 5 - циклон; 6 и 12 регулирующие органы; 7 - дымосос; 8 - регулятор разрежения; 9 - регулятор высоты слоя; 10 - привод; 11 - топка; 13 - расходомер; 14 - регулятор соотношения "газ-воздух"; 15 - воздуходувка; 16 - регулятор соотношения "топливо-воздух"; 17 - регулятор температуры теплоносителя; 18 - регулятор температуры слоя.

• Первый способ (рис. 1) предусматривает стабилизацию температуры и количества теплоносителя (приходная часть). Температура слоя при этом поддерживается на постоянном уровне за счет регулирования количества загружаемого влажного материала.

Этот способ предполагает установку между сушильным аппаратом и предшествующей станцией (центрифуга, фильтр и т.п.) промежуточного бункера, который предназначается для восприятия и сглаживания возможных небольших производственных колебаний. В данном случае устройство подачи влажного материала из бункера в аппарат кипящего слоя должно снабжаться регулируемым приводом, благодаря которому можно изменять производительность этого устройства в зависимости от колебаний температуры слоя.

Такая система регулирования за счет изменения количества подаваемого материала надежная и при автоматическом регулировании поддерживает температуру слоя с минимальной погрешностью (5 градусов). Отметим, что тогда сушилка может работать при постоянном оптимальном значении температуры теплоносителя, благодаря чему обеспечивается высокая тепловая эффективность при стабильном функционировании топки.

В данном случае для проведения измерений и регулировки температуры в слое стоит использовать малоинерционную термопару, т.к. процесс малоинерционный.

Недостатками данного метода можно считать необходимость использования дополнительного бункера и регулируемого устройства для дозирования загрузки продукта. Он точен в ситуациях, когда колебания влажности материала, поступающего с предшествующих станций, и его количества случайны, незначительны и могут сглаживаться в промежуточном бункере  или же в случае, когда сушка не связана с предшествующими установками  (материал поступает со склада, например).

В случае, когда процесс сушки полностью зависит от работы предшествующих станций и весь загружаемый влажный продукт должен быть переработан установкой независимо от предполагаемых колебаний нагрузки, то описанный способ для стабилизации температуры уже не будет достаточным. Необходимо будет использовать дополнительные меры, способствующие согласованию производительности установки кипящего слоя с нагрузкой, которая на нее поступает. Дополнительно к уже рассмотренной схеме регулирования температуры нужно ввести новый параметр, который и будет отражать соответствие производительности сушилки требованиям предшествующих станций. Этим параметром может стать уровень влажного продукта в бункере. Уменьшение уровня влажного материала в  промежуточном бункере свидетельствует о том, что в данный момент производительность установки кипящего слоя превышает производительность предшествующей установки. В этот момент температуру теплоносителя следует уменьшить. И наоборот.

Рис. 2 - Согласование производительности установки кипящего слоя с нагрузкой предшествующей технологической станции: а - при наличии промежуточного бункера; б - при отсутствии промежуточного бункера; 1 - регулятор температуры слоя; 2 - регулятор температуры теплоносителя; 3 - корректирующий регулятор уровня.

При постоянстве количества вводимого в систему воздуха температура теплоносителя зависит только от расхода топлива. Из этого следует, что рассматриваемый способ основывается на изменении расхода топлива в зависимости от количества влажного продукта, находящего в промежуточном бункере. (рис. 2, а). Для регулировки уровня в бункере предусмотрено два регулятора, которые включены по каскадной схеме. Это регуляторы 2 и 3. Первый – регулятор для изменения температуры теплоносителя. Второй -  регулятор уровня (корректирующий).

Температура слоя регулируется с помощью регулятора 1, который оказывает воздействие на загрузку влажного продукта.

• Рассмотрим второй способ для регулировки температуры слоя. В случае, когда технологическим регламентом и условиями производства не предусматривается установка промежуточного бункера перед установкой кипящего слоя, стабилизировать температуру слоя нужно за счет регулировки температуры теплоносителя соответственно мгновенной нагрузке сушилки, которая предписывается предшествующей установкой. Тогда установка кипящего слоя должна будет перерабатывать весь влажный материал независимо от колебаний.

Ранее уже обговаривалось, что при постоянстве расхода воздуха только расходом топлива определяется температура теплоносителя. Следовательно, рассматриваемый способ подразумевает регулировку расхода топлива, зависящую от температуры слоя.

Второй способ значительно проще в реализации, но качество его ниже, чем в первом случае, ведь существует значительная тепловая инерция топки.

Выбирать способ стабилизации температуры нужно исходя из условий сушки и проведенного анализа работы промежуточных производственных станций. На это оказывают влияние и физические свойства обрабатываемого продукта.

Регулировка высоты слоя

Кроме согласования нагрузок, а также стабилизации температуры слоя, рассмотренных выше, система автоматизации процесса сушки должна также и стабилизировать сопротивление слоя. Последнее тоже крайне важно, ведь существенные колебания количества продукта в слое и его сопротивления могут способствовать  аварийному состоянию, изменению гранулометрического состава материала и гидродинамического режима процесса.

На рис. 1 указан регулятор 9, за счет которого изменяется количество выгружаемого материала из сушилки, и таким образом осуществляется поддержание постоянства сопротивления слоя. Это регулирование сопротивления слоя достигается за счет изменения производительности устройства выгрузки, на котором предусматривается регулируемый привод. Выгрузка сухого продукта осуществляется на уровне решетки установки.

Иногда для сушильных установок большой производительности рекомендуют устанавливать переливные течки, но используются они при аварийных случаях, когда останавливается принудительная выгрузка, ведь они неудобны в использовании. При незначительном разрежении в установке через них происходит подсос воздуха. В случае непродолжительных остановок загрузки из-за сильного кипения слоя  и его переливания через край течки происходит сильное понижение высоты слоя. Чтобы через загрузочную течку запыленные газы из установки не могли попасть в помещение, необходимо в верхней части установки поддерживать разрежение 5-10 мм.вод.ст. Для этого устанавливается направляющий аппарат на всасе дымососа, управление которым осуществляется регулятором разрежения 8.

Материал подготовлен по книге: И.Я. Каганович, А.Г. Злобинский. Промышленные установки для сушки в кипящем слое. Издательство "Химия" Ленинградское отделение, 1970 г, 176 с.