Общие сведения о сушке угля

Сушка — процесс удаления влаги из угля и продуктов обогащения испарением ее в окружающую газовую среду при нагревании сушимого материала.

Тепло для испарения влаги передается сушимому материалу от горячего воздуха или дымовых газов путем конвективного теплообмена либо от горячей поверхности при непосредственном соприкосновении ее (контакте) с материалом.

Среда, воспринимающая испаренную из материала влагу, называется сушильным агентом сушки. Такими агентами могут быть воздух или дымовые газы.

В технике сушки различают влагу: свободную, гигроскопическую, избыточную и равновесную.

Свободная влага представляет разность между общим содержанием влаги в материале и максимальным содержанием в нем гигроскопической влаги.

Гигроскопическая влага (wг) — влага поглощения, адсорбированная поверхностью материала. Содержание гигроскопической влаги в материале зависит от его гигроскопичности и влагосодержания окружающей среды (воздуха). Максимальное количество гигроскопической влаги содержится в материале при относительной влажности среды ф = 100%.

Избыточная влага представляет свободную и частично гигроскопическую влагу, которая может быть удалена из материала испарением при данных условиях сушки и параметрах сушильного агента.

Равновесная влага (wр) представляет разность между общей и избыточной влагой.

Влагообмен между материалом и окружающей газовой (воздушной) средой происходит вследствие разности давлений водяного пара в среде и пара, образующегося при испарении влаги, у поверхности материала.

В зависимости от параметров сушильного агента и содержания влаги . (hi) в сушимом материале могут происходить следующие процессы влагообмена:

- сушка — испарение из материала свободной влаги при w > wг и парциальном давлении водяных паров в сушильном агенте, меньшем давления пара у поверхности материала — Pр.п меньше Рм;

- десорбция — испарение из материала части гигроскопической влаги, входящей в избыточную влагу при wг > w > wp и рв.п < Рм;

- сорбция — поглощение влаги материалом из окружающей среды. Сорбция происходит только до достижения материалом максимального гигроскопического влагосодержания при w < wр и рв.п больше Pм.

Равновесное влагосодержание материала наступает при рв.п = рм, когда процесс влагообмена между материалом и окружающей средой прекращается.

Зависимость равновесного влагосодержания материала от относительной влажности воздуха при постоянной его температуре показана на рис. 300. Кривая равновесной влажности называется изотермой десорбции или сорбции в зависимости от того, каким путем получено равновесное состояние влагообмена.

Изотермы десорбции показывают, до какого влагосодержания можно высушить материал при заданной температуре и влажности сушильного агента.

Процесс сушки влажного материала протекает следующим образом. Под действием тепла у поверхности материала образуется пленка пара. Если давление пара на поверхности больше, чем давление водяных паров в окружающей среде, то происходит диффузия пара в среду и влага удаляется с поверхности материала. С уменьшением количества влаги в поверхностном слое влага из внутренних слоев материала под действием градиентов влажности и температуры перемещается к поверхности.

Процесс сушки (рис. 301) может быть условно разделен на три периода; начального нагрева материала, постоянной интенсивности сушки и падающей интенсивности сушки.

В начальный период тепло расходуется на нагрев сушимого материала, пока не установится равновесие между количеством тепла, сообщаемым материалу и расходуемым на испарение. Температура материала возрастает до температуры мокрого термометра tм. Этот период характеризуется быстрым возрастанием интенсивности сушки до максимальной величины.

В период постоянной интенсивности сушки испарение влаги происходит так же, как со свободной поверхности — влага из внутренних слоев сушимого материала непрерывно поступает к поверхности и заменяет испарившуюся влагу. Интенсивность сушки зависит только от внешних условий — состояния сушильного агента (температуры, влажности, скорости движения) — и остается постоянной до достижения материалом критического влагосодержания. Температура материала в этот период не изменяется.

В период падающей интенсивности сушки скорость диффузии влаги из внутренних слоев сушимого материала к его поверхности недостаточна для насыщения поверхности влагой, поэтому интенсивность сушки падает. Кривая влагосодержания асимптотически приближается к равновесному влагосодержанию, при котором испарение влаги прекращается. Температура сушимого материала в это время повышается, приближаясь к температуре окружающего газа, т, е. к температуре сухого термометра tс.