Учебник - Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях (989625), страница 28
Текст из файла (страница 28)
В первом периоде интенсивность сушки определяется скоростью подвода теплоты к сушимому материалу и отвода массы с его поверхности в окружающую среду qм.внеш (внешняя задача сушки), во втором периоде — скоростью передачи теплоты вглубь материала и подвода массы из внутренних слоев материала в зону испарения qм.внутр (внутренняязадача сушки).Одна из возможных классификаций приемов энергосбережения приведена на рис.2.Энергосбережение в сушильных установкахЭнергосберегающиетехнологииКинетическиеспособыИспользованиенетрадиционных ивозобновляемыхисточников энергииПрерывистые режимыПерегретый парЖидкие теплоно сителиИнтенсификациявнешнего теплои массообменаИнтенсификациявнутреннего теплои массообменаТеплотехнологическиеспособыТеплотехническиеКонструктивнотехнологическиеКинетическаяоптимизацияРис.2.
Частная классификация энергосберегающих мероприятий в сушильных установкахКак видно из рис.2, 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 сушильногоагента, выбор направления взаимного движения сушильного агента и материала, совершенствование систем подвода теплоты, улучшение аэродинамической обстановки в сушильной камере ит.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 ееразнонаправленности 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 изменениемформы сушильной камеры, активизация процесса взаимодействия сушильного агента и материала, реверсия и др.).К третьей группе методов можно отнести:63♦использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, приводящее к замещению органического топлива (солнечные сушильные установки, использование ветровой энергиидля 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 атмосферногодавления и др.Приведенный перечень методов повышения тепловой экономичности сушилок не полон, но и он даетпредставление о большом количестве возможных направлений поиска рациональных и оптимальных сточки зрения энергозатрат вариантов организации процесса сушки.Первая группа методов, относящихся к традиционным методам энергосбережения, основана на выборерациональной теплотехнологической схемы установки, параметров режима сушки, выявлении ВЭР и ихиспользовании 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 илитехнологического оборудования. В этом случае достигаемая экономия постоянных затрат энергииуменьшается за счет увеличения расхода других ресурсов.Соотношение непроизводительных затрат энергии в конвективных сушильных установках при использовании таких методов энергосбережения приведено на рис.3.с сушимым материаломи через ограждения10%прочие5%с уходящимсушильным агентом70%с пролетным паром15%Рис.3.
Традиционное распределение нерациональных энергетических затрат.Рассмотрим примеры энергосбережения в конвективных сушильных установках.Из анализа тепловых балансов конвективных сушильных установок (рис.4) следует, что наибольшие потери теплоты обусловливаются отходящим сушильным агентом и потерями теплоты в окружающую среду. Таким образом, становятся очевидными принципиальные пути повышения тепловой экономичностиконвективных сушильных установок: снижение потерь теплоты с уходящим сушильным агентом (или рациональное использование этого вида вторичных энергетических ресурсов) и в окружающую среду конструкциями установок.
Очевидно, что перспективным направлением в экономии топлива и энергии приобезвоживании влажных материалов в конвективных СУ является не рациональное использование теплоты уходящего сушильного агента в различного рода утилизационных установках, а всемерное сокращение этого вида потерь. Последнее в первую очередь достигается за счет рециркуляции части отработавшего сушильного агента, что сокращает расходы уходящего сушильного агента в десятки раз.QпQпt1ПCt'1 t1t2Пt0Ct2t0а)б)Рис.4. Принципиальные схемы конвективных сушильных установок (сушильный агент - воздух)П - подогреватель; С -сушильная камераСуществуют две возможности организации рециркуляции в установках, использующих в качестве сушильного агента воздух (рис.4):64а) часть отработавшего воздуха возвращается в зону перед подогревателем так, что весь сушильныйагент (свежий и отработавший воздух) подогревается до температуры на входе в сушилку;б) часть отработавшего воздуха подается в зону после подогревателя, смешивается с нагретым свежим воздухом и далее подается непосредственно на сушку.Наиболее распространена первая схема, хотя и требующая подогрева всего сушильного агента, но доболее низких температур, чем во второй схеме.Качественно анализировать изменение удельного энергопотребления q, кДж/кг исп.
вл., можно, используя изображение изменения состояния воздуха в H-d диаграмме (рис.5).Ht1BB’t'1HBt1t2C’CCB’t2C’D’ADD’ϕ=1Dϕ=1At0t0ddа)б)Рис.5. Изменение состояния сушильного агента в сушилках с рециркуляциейТангенс угла наклона линий AD, AD’ пропорционален удельным энергозатратам q.Качественный анализ тепловой экономичности сушилок с рециркуляцией показывает, что для схемырис.4а при t1, t2 и ∆, остающихся постоянными, увеличение коэффициента рециркуляции Kр (по существу, увеличение влагосодержания сушильного агента на выходе из сушилки) ведет к снижению удельногорасхода теплоты. Снижение удельных теплопотерь до нуля при t1=const и t2=const также приводит к снижению q.Увеличение t1 при d2 = const и t2 = const не изменяет удельного расхода теплоты.
Указанные условияреализуются при уменьшении коэффициента рециркуляции. Последнее приводит к компенсации преимуществ повышения начальной температуры сушильного агента. Реальные зависимости для q в сушилках с рециркуляцией при изменении различных параметров приведены на рис.5. При неизменнойначальной температуре сушильного агента снижение конечной температуры приводит к сокращениюудельных расходов теплоты.
Так, при Кр = 4 и t1 = 200°С снижение t2 со 130 до 70°С приводит к росту η с0,68 до 0,95. Обратим внимание на то, что при тех же исходных условиях КПД сушилок с однократнымиспользованием воздуха изменяется от 0,3 до 0,57. Представленные на рис.6 зависимости при большихкоэффициентах рециркуляции асимптотически стремятся к минимуму.q×10-3,кДж/кгРис.6. Влияние параметров режима сушки на удельные энергозатраты в сушилкес рециркуляцией воздуха.8о661,2,3 – t1 = 200 С,оt2 = 70 С,о4,5,6 – t1 = 200 С,54оt2 = 130 С,1,4 – ∆ = 1000 кДж/кг,22,5 – ∆= 0,20143483,6 – ∆= -1000 кДж/кг,Кр65Коэффициент рециркуляции для схемы а (рис.4) при заданных t1, t2 и t0 имеет предельное значение, определяемое выражением:K р.пр.
=h2 − ∆c п ( t1 − t 2 )(1)где h2, сп - энтальпия и удельная теплоемкость пара при температуре сушильного агента t2 на выходе изсушильной камеры.При известных t1, t2 и ∆ коэффициент рециркуляции может выбираться в пределах от 0 до Кр пр. При этомследует помнить, что чем ближе Кр к Кр пр., тем ближе η к единице. Характер изменения Кр пр. приведен нарис.7.40Кпр1'2'3'4'5'30Рис.7.
Влияние параметров режима сушки назначение предельного коэффициента рециркуляции1о––––––– = 150 С,22010о- - - - - - = 250 С,31, 1’ – ∆ = -200042, 2’ – ∆ = -10003, 3’ – ∆ = 050701504, 4’ – ∆ = 1000t25, 5’ – ∆ = 2000Рассмотрим еще одно значимое направление энергосбережения – кинетическая оптимизация, целенаправленное управление локальной кинетикой процессов, в частности процесса сушки, при наличии, например, неравномерных по площади сушильной камеры профилей параметров сушильного агента.Кинетическая оптимизация сушильной установки может заключаться в создании оптимального профиляодного из параметров одновременно с сокращением ее длины, снижением массового расхода сушильного агента или мощности конвективного потока тепла сушильного агента.Расчет нескольких сушильных установок с разными профилями параметров сушильного агента позволяет оценить не только направленность воздействия изменения профиля, но и его рациональный с точки зрения энергосбережения вид.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
