Сушильные установки и рациональное использование тепло энергии

Сушка заключается в удалении из материалов воды и перехода влаги в состояние влажного воздуха. В процессе сушки повышается и относительная влажность воздуха и влагосодержание. Практически процесс сушки ведут до значения .

По оценкам, затраты топлива на сушку составляют примерно 12% всех затрат в промышленности и сельском хозяйстве.

Основные типы суш. установок: конвективные(94%); кондуктивные (4%); радиационные(1%); прочие(1%).

Все технологические процессы включающие конвективную сушку, можно представить состоящими из 3 стадий: 1)подготовительная, на которой используют аппараты подготовки сушильного агента и сушимого материала. 2) Основная. Реализуется при помощи сушильных камер. 3) Заключительная (утилизация вторичных энергоресурсов, улавливание пыли и т.д.)

На предварительной стадии выделяют следующие мероприятия по сбережению энергии: предварительное нагревание; дробление; воздействие поверхностно – активных веществ; гидрообработка; снижение энергии связи влаги со скелетом материала.

На заключительной стадии снижение тепловых потерь достигается за счет утилизации теплоты уходящих газов и теплоты высушенного материала. Эта теплота с помощью рекуперативных, регенеративных или контактных ТОА используется для нагрева воздуха, подаваемого в топочную камеру для нагрева технологической воды, а так же предварительного подогрева сушильного материала.

Процесс сушки определяется статикой и кинетикой. Статика сушки – материальный и тепловой баланс сушилки, которые позволяют определить расход сушильного агента и теплоты, и эффективность сушилки. Изменение средних влагосодержания материала и температуры называют кинематикой сушки. Значение последней позволяет определить время сушки и габариты установки. Габариты определяют тепловые потери сушильной камеры и ее эффективность

Процесс сушки в общем случае состоит из периодов:

- подогрева

- I период сушки

- II период (интенсивность удаления влаги в них зависит от многих факторов)

Интенсивность сушки в I периоде определяется скоростью подвода теплоты к сушильному материалу и отвода массы с его поверхности в окружающую среду (внешняя задача сушки)

Во II периоде интенсивность определяется скоростью передачи теплоты вглубь материала и отвода массы из внутренних слоев к поверхности испарения (внутр. задача сушки).

Все энергосберегающие мероприятия можно разделить на 3 группы: теплотехнологические; кинетические; энергосберегающие технологии. К теплотехнологическим относятся теплотехнические мероприятия, то есть выбор тепловой схемы, выбор режимных параметров t и влагосодержания сушильного агента, выбор режима работы установки, коэф. рециркуляции и т.д.

Также относятся конструктивно-технологические мероприятия. Это оптимизация числа зон подогрева сушильного агента, выбор направления совместного движения материала и сушильного агента, и улучшение аэродинамики обстановки камеры.

Кинетические включают в себя:

1) Методы интенсификации внешнего тепло и массообмена (повышение температурного напора, повышение теплоотдачи)

2) Методы интенсификации внутреннего тепломассообмена (повышение t материала в I периоде сушки, использование электрических, магнитных, ультразвуковых полей)

3) Методы кинетической оптимизации (управление профилем скорости, профилем температуры и влагосодержания)

Энергосберегающие технологии: использование возобновляемых источников энергии, которые приводят к замещению органического топлива, использование прерывистых режимов подвода тепла, использование в качестве сушильного агента паров различных жидкостей.

Теплотехнологические относятся к традиционным методам энергосбережения. Такой подход позволяет влиять на постоянные затраты первичного топлива, однако реализация этих мероприятий требует создания утилизационного или технологического оборудования. В этом случае достигается экономия постоянных затрат, уменьшение за счет увеличения других ресурсов.

Если рассмотреть распределение нерациональных энергозатрат, то наибольшие потери обуславливаются отходящим сушильным агентом (70%) и потерями в окружающую среду (10%), потери с пролетным паром (15%), прочие (5%).

Перспективным направлением экономии топлива (энергии) при обезвоживании материала в конвективных сушилках, является рециркуляция части отработанного сушильного агента, что снижает расход уходящего сушильного агента (потери с ним) в десятки раз.

Существует две возможности организации рециркуляции в сушильных установках:

1) когда часть отработавшего воздуха возвращается в зону перед подогревателем, соответственно весь воздух подогревается до t на входе в сушилку

2) когда часть отработавшего воздуха подается в зону после подогревателя и смешивается с нагретым свежим воздухом.

Наиболее распространенной является 1я схема, хотя требует подогрева большего объема воздуха, но до более низких t.

Еще одно направление энергосбережения – кинетическая оптимизация, которая заключается в создании оптимального профиля одного из параметров, одновременно со снижением максимального расхода сушильного агента или мощности конвективного потока.

Смысл интенсификации локального теплообмена в том, что путем турбулизации рабочей среды, изменением угла набегания изменяется закон ТМО.

Учет кинетического несовершенства процесса сушки представляет распределение непроизводственных затрат энергии в конвективной сушилке.

Перераспределение нерациональных затрат энергии за счет кинетического несовершенства установки 55%, с уходящим сушильным агентом 31%, с пролетным паром 7%, с сушильным материалом и через ограждения 5%, прочие 2%.

Относительное паразитное удлинение – отношение времени продолжительности сушки при неравномерном распределении какого-либо параметра к продолжительности сушки при равномерном распределении этого параметра. ω = τ_н/τ_р

Минимизация этого показателя ведет к минимуму затрат энергии. Одним из методов устранения неравномерной сушки (уменьшение ω) является равномерное распределение сушильного агента в поперечном сечении сушильной камеры.

Неравномерность профиля скорости сушильного агента значительно больше при боковом подводе воздуха (суш.аг.). Уменьшению способствует замена прямоугольного сечения камеры треугольной.

При прямом подводе рабочей среды, неравномерность профиля скорости возникает из-за того, что поперечное сечение подводящих трубопроводов меньше поперечного сечения камеры. В месте внезапного расширения возникает отрыв потока и зоны обратных топов.

Выравниванию неравномерной скорости способствует установка направляющего аппарата.

Без аппарата с аппаратом

Также при фронтовом подводе сушильного агента выравнивание профиля можно достичь установкой в поперечном сечении канала аэродинамических сопротивлений. Различают тонкие и толстые аэродинамическое сопротивления. Тонкое: проволочная сетка. Толстое: сопловая структура.

Для тонкого аэродинамического сопротивления оптимальное значение коэфицентов сопротивления, при которых происходит полное выравнивание профиля ζ_опт = 2.

Поиск по сайту: