Тепловая экономичность сушильных установок и приемы ее повышения

Тепловая сушка, являясь составной частью многих технологий, относится к числу наиболее энергоемких технологий. По данным Комитета по сушке затраты топливно-энергетических ресурсов на сушку составляют около 12 % всех затрат энергии в промышленности и сельском хозяйстве. Широкая распространенность процессов сушки и низкие (в среднем 30-35 %) коэффициенты полезного использования энергии в них обуславливают актуальность энергосбережения в сушильных установках, что опосредованно скажется на снижении энергоемкости ВВП.

Поскольку конвективные сушильные установки преобладают в общем парке обезвоживающих устройств, будем проблему энергосбережения рассматривать применительно к конвективной сушке, например, дисперсных материалов.

В первом приближении технологические процессы, включающие конвективную тепловую сушку, можно представить состоящими из трех стадий:

1) подготовительной, на которой используют аппараты подготовки сушильного агента и сушимого материала;

2) основной, реализуемой при помощи сушильных (одной или нескольких) камер;

3) заключительной, в которую могут входить утилизация вторичных энергетических ресурсов, улавливание пыли и т.п.

В соответствии с таким укрупненным представлением групп технологических процессов на каждой стадии существуют в зависимости от вида сушимого материала свои специфические способы повышения тепловой экономичности.

Анализ литературных источников по теории, технике и технологии сушки позволяет назвать такие способы снижения удельных затрат на обезвоживание материала на подготовительной стадии, как предварительное нагревание, пенообразование, дробление, воздействие поверхностно-активного вещества (ПАВ), виброобработка, снижение энергии связи влаги со скелетом материала, совершенствование тепловых генераторов и др.

На заключительной стадии снижение тепловых затрат достигается, в основном, за счет утилизации теплоты уходящих газов и высушенного материала. Эта теплота с помощью рекуперативных, регенеративных или контактных теплообменников используется для нагрева воздуха, подаваемого в топочную камеру, теплофикационной или технологической воды, предварительного подогрева сушимого материала.

Достаточно эффективна утилизация теплоты сушильного агента в контактных теплообменниках.

Для классификации методов повышения тепловой экономичности собственно сушилок на базе анализа физической сущности происходящих в них процессов отметим вначале, что процесс сушки определяется статикой и кинетикой. Под статикой сушки понимают материальный и тепловой балансы сушилки, которые позволяют определить расходы сушильного агента и теплоты, а также оценить тепловую экономичность сушилки. Изменение во времени среднеинтегральных влагосодержания материала и его температуры называют кинетикой сушки. Знание последней позволяет определить продолжительность сушки и габариты установки.

Габариты установки во многом определяют тепловые потери в окружающую среду, а, следовательно, тепловую экономичность сушилки. Таким образом, при анализе возможностей повышения тепловой экономичности следует учитывать факторы, влияющие на кинетику сушки.

Процесс сушки в общем случае состоит из периода подогрева, I и II периодов сушки, интенсивность удаления влаги в которых зависит от различных факторов. В первом периоде интенсивность сушки определяется скоростью подвода теплоты к сушимому материалу и отвода массы с его поверхности в окружающую среду q_м.внеш (внешняя задача сушки), во втором периоде — скоростью передачи теплоты в глубь материала и подвода массы из внутренних слоев материала в зону испарения q_{м.внутр} (внутренняя задача сушки).

Одна из возможных классификаций приемов энергосбережения приведена на рисунке 3.

.

Рисунок 3 - Частная классификация энергосберегающих мероприятий

в сушильных установках

Как видно из рисунка 3, все энергосберегающие мероприятия можно разбить на 3 группы: теплотехнологические, кинетические и энергосберегающие технологии.

К первой группе, касающейся сушильной установки в целом, можно отнести:

♦ теплотехнические (выбор тепловой схемы, режимных параметров сушки – температуры, скорости и влагосодержания сушильного агента, режимов работы установки, коэффициентов рециркуляции, управление конечным влагосодержания сушильного агента и т.д.);

♦ конструктивно-технологические (оптимизация числа зон промежуточного подогрева сушильного агента, выбор направления взаимного движения сушильного агента и материала, совершенствование систем подвода теплоты, улучшение аэродинамической обстановки в сушильной камере и т.д.).

Ко второй группе методов относятся:

♦ методы интенсификации внешнего тепло- и массообмена (повышение температурного напора, повышение движущей силы массообмена, коэффициента теплоотдачи к сушимому материалу, поверхности тепло- и массообмена и т.д.);

♦ методы интенсификации внутреннего тепло- и массообмена (повышение температуры материала в первом периоде сушки, снижение термодиффузионной составляющей потока массы при ее разнонаправленности с диффузионной составляющей, использование внешних полей – электрических, магнитных, звуковых, использование ПАВ и т.д.);

♦ методы кинетической оптимизации (управление профилем скорости, температуры и влагосодержания сушильного агента на входе в установку, линеаризация кинетики сушки изменением формы сушильной камеры, активизация процесса взаимодействия сушильного агента и материала, реверсия и др.).

К третьей группе методов можно отнести:

♦ использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, приводящее к замещению органического топлива (солнечные сушильные установки, использование ветровой энергии для сушки материалов растительного происхождения и др.);

♦ использование прерывистых режимов подвода тепла за счет радиационного излучения, реверсия потоков сушильного агента и др.);

♦ использование в качестве сушильного агента паров растворителя, водяного пара атмосферного давления и др.

Приведенный перечень методов повышения тепловой экономичности сушилок не полон, но и он дает представление о большом количестве возможных направлений поиска рациональных и оптимальных с точки зрения энергозатрат вариантов организации процесса сушки.

Первая группа методов, относящихся к традиционным методам энергосбережения, основана на выборе рациональной теплотехнологической схемы установки, параметров режима сушки, выявлении ВЭР и их использовании в том же самом (регенеративное энергоиспользование) или другом (внешнее энергоиспользование) технологическом процессе. Такой подход позволяет влиять на постоянные затраты первичного топлива. Однако, реализация мероприятий требует, как правило, создания утилизационного или технологического оборудования. В этом случае достигаемая экономия постоянных затрат энергии уменьшается за счет увеличения расхода других ресурсов.

8 Контрольные вопросы:

1 Что входит в энергетический комплекс промышленного предприятия?

2 Назовите недостатки промышленных теплотехнологических систем.

3 Назовите квалификацию вторичных энергоресурсов.

4 Что представляет собой энергетический баланс промышленного предприятия?

5 Назовите способы энергосбережения в выпарных аппаратах с погружными горелками

6 Назовите способы энергосбережения в ректификационных установках.

7 Пути повышения тепловой экономичности сушильных установок.

Список рекомендуемой литературы

1. Ключников А.Д. Энергетика теплотехнологии и вопросы энергосбережения. – М.: Энергоатомиздат, 1986.-128с.

2. Чоджой М.Х. Энергосбережение в промышленности. – М.: Металлургия, 1982.-272с.

Лекция 7 – Безотходные технологии и использование вторичных энергетических ресурсов

План:

1. Пути повышения эффективности использования топлива в ВТУ

2. Вторичные энергоресурсы (ВЭР) ВТУ и пути их использования

3. Контрольные вопросы

4. список рекомендуемой литературы