Heat recovery from steam dryer's humid air in order to pre-heat concentrate

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2012
Major/Subject
Energiatalous ja voimalaitostekniikka
Mcode
Ene-59
Degree programme
Language
fi
Pages
97 s. + liitt. 5
Series
Abstract
Ore concentrate is dried prior to melting to save fuels or to enable melting process. Used dryers have earlier been dryers that use fossil fuels, but recently Kumera's steam dryer is preferred. By condensing steam dryers humid exhaust gases to pre-heat concentrate before drying, steam dryers efficiency can be improved by 20 %. To recover heat from humid air in industry plate heat exchangers are mostly used. There are various solutions for rotary dryers' heat recovery. Pre-heating of solid material by condensing dryers exhaust gases is not commonly used in industrial dryers. Concentrate is heated by conduction in pre-heater, but convection has a major role in in condensing exhaust gases. Turbulent stream heat exchange is more efficient than laminar stream heat exchange. The maximum humidity ratio of air depends on air's temperature and dew point depends on air's humidity ratio. Water vapour condensates on surface that has a temperature below dew point. Experimental apparatus was built to test the pre-heating. Theoretical model of the apparatus was made to calculate the heat transfer coefficients. Experiments were made with copper concentrate and quartz sand. Process gas was a mixture of dry air and steam. Experiments indicated that moist concentrate does not move well in pre-heater's pipe. Heat transfer from humid air was noticed to be the most efficient with turbulent air velocity. Significant heating of material was noticed to require a long residence time. Concentrate can be pre-heated by steam dryer's exhaust gases, but the pre-heater type that is scrutinized in this thesis is not functional and needs modifications.

Malmirikaste kuivataan ennen sulatusta polttoaineiden säästämiseksi tai sulatusprosessin toiminnan mahdollistamiseksi. Käytetyt kuivaimet ovat aiemmin olleet fossiilisia polttoaineita vaativia kuivaimia, mutta nykyisin käytetään yhä enenevissä määrin Kumeran höyrykuivainta. Esilämmittämällä höyrykuivaimeen syötettävä rikaste kuivaimen poistokaasuissa olevan vesihöyryn lauhtuessa vapautumalla lämmöllä, voidaan kuivaimen hyötysuhdetta parantaa jopa 20 %. Teollisuudessa kostean ilman lämmönsiirtoa edustavat enimmäkseen levylämmönsiirtimet. Rumpukuivaimille lämmön talteen ottamiseksi on monia ratkaisuja. Kuivattavan kiinteän materiaalin lämmittämistä kuivaimen poistokaasuja lauhduttamalla ei ole yleisesti käytössä teollisuuden kuivaimissa. Rikaste lämpenee esilämmittimessä konduktiolla, mutta poistokaasujen lauhtumisessa konvektiolla on kuitenkin suuri merkitys. Turbulenttisen virtauksen lämmönsiirron on todettu olevan laminaarista tehokkaampaa. Ilman maksimikosteuspitoisuus riippuu ilman lämpötilasta ja kastepiste riippuu ilman kosteuspitoisuudesta. Vesihöyry lauhtuu pinnoille, joiden lämpötila on alle kastepisteen. Esilämmittimelle rakennettiin koelaite, jolle laadittiin myös teoreettinen malli, jolla selvitettiin koelaitteen lämmönsiirtokertoimet. Kokeita tehtiin kuparirikasteella ja kvartsihiekalla. Prosessikaasuna oli kuivan ilman ja höyryn seos. Koelaitteella selvitettiin, että kostea rikaste liikkuu esilämmittimen putkessa heikosti. Lämmön siirtymisen kosteasta ilmasta todettiin olevan tehokkainta turbulenttisella ilman nopeudella. Materiaalin merkittävä lämpeneminen vaati pitkän viipymäajan. Rikastetta voidaan lämmittää esilämmittimessä kuivaimen poistokaasuilla, mutta työssä käsitellyn esilämmittimen rakenne ei kuitenkaan sellaisenaan ole toimiva.
Description
Supervisor
Ahtila, Pekka
Thesis advisor
Holmberg, Henrik
Talja, Jyri
Keywords
drying, kuivaus, condensing, lämmön talteenotto, concentrate, energian talteenotto, heat exchanger, kostea ilma, heat recovery, latenttilämpö, humid air, esilämmitys, pre-heating, kuparirikaste, steam dryer, höyrykuivain, lämmönsiirto, lauhtuminen
Other note
Citation