Учебник - Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях (989625), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Этому же способствует и интенсификация неравномерного тепломассообмена.Смысл интенсификации локального тепломассообмена заключается в том, что путем турбулизации потока рабочей среды, изменения угла набегания рабочей среды на рабочие элементы технологическогоаппарата и т.п. изменяется локальный закон тепломассообмена. При интенсификации неравномерноготепломассообмена локальный закон тепломассообмена остается неизменным, а изменяется пространственно-временная неравномерность полей изменяющихся физических величин в рабочей камере технологического аппарата.
К этой группе может быть отнесено множество разнообразных операций, традиционно зачастую даже не рассматриваемых как ресурсосберегающие, например, выравнивание неравномерных профилей плотности потока массы и начальных параметров рабочих сред на входе в технологический аппарат, изменение схемы движения рабочих сред и т.д. [2].Необязательно, чтобы кинетическая оптимизация сопровождалась изменением только одного параметра. Возможно одновременное согласованное изменение нескольких параметров, в чем находит своевыражение многопараметричность задачи оптимизации.Потенциал энерго- и ресурсосбережения в процессах и аппаратах промышленной теплоэнергетики, связанный с оптимизацией кинетики – созданием равномерности или оптимальной неравномерности процессов тепломассообмена является скрытым, то есть не может быть обнаружен наиболее широко распространенными инженерными методами расчета аппаратов, игнорирующими реальную кинетику процессов.Теоретически потенциал энерго- и ресурсосбережения, связанный с оптимизацией неравномерного тепломассообмена, в отдельных теплотехнологических аппаратах, может быть сколь угодно велик.
Как показали работы [1, 2], затраты энергии и других ресурсов в различных сушильных установках в результате оптимизации неравномерного тепломассообмена могут быть сокращены в 1,5-2 раза.66Учет кинетического несовершенства процесса сушки в другом свете представляет распределение непроизводительных затрат энергии в конвективной сушильной установке (рис.8).за счет кинетического несовершенства установки55%с уходящимсушильным агентом31%с пролетным паром7%с сушимым материалом ичерез ограждения5%прочие2%Рис.8.
Перераспределение нерациональных затрат энергии при учете кинетического несовершенства процесса сушки.Однако, для случая, когда оптимизация неравномерного тепломассообмена приводит к одновременномупропорциональному уменьшению единовременных и постоянных затрат на организацию технологического процесса, в качестве частного технического критерия оптимизации может быть использовано относительное паразитное удлинение.Этот частный технический критерий оптимизации представляет собой отношение продолжительностисушки при неравномерном распределении управляющего параметра к продолжительности сушки приравномерном распределении этого параметра:ω=τнτр(2)Минимизация этого показателя соответствует минимуму энергетических затрат.Рассмотрим некоторые примеры устранения этих неравномерностей применительно к сушильным установкам и методы оценки энергосберегающего эффекта.Управление профилем скорости сушильного агента.
Равномерное распределение сушильного агента впоперечном сечении сушильной камеры, выравнивание профиля скорости сушильного агента являетсяодним из методов устранения неравномерной сушки, паразитного удлинения, сокращения капитальныхи энергетических затрат на сушку.Неравномерность профиля скорости сушильного агента в поперечном сечении сушильной камеры значительно больше при боковом подводе сушильного агента к сушимому материалу, когда поток сушильного агента разворачивается внутри сушильной камеры, чем при фронтальном подводе, когда поток сушильного агента набегает на сушимый материал, не изменяя направление движения.
Уменьшению неравномерности способствует замена прямоугольного поперечного сечения сушильной камеры на треугольное.Неравномерность профиля плотности потока массы (скорости) рабочей среды при боковом подводевозникает вследствие образования обширных зон обратных токов (рис.5, а). Качественное изменениенеравномерного профиля плотности потока массы (скорости) рабочей среды путем изменения формырабочей камеры показано на рис.9, б.Рис.9. Неравномерный профиль скорости рабочей среды в сушильной камере.а – профиль скорости при прямоугольной форме рабочей камеры;б – профиль скорости при треугольной форме рабочей камеры.67Рис.10.
Выравнивание неравномерного профиля скорости рабочейсреды при помощи направляющего аппарата.При прямом подводе рабочей среды неравномерность профиля плотности потока массы (скорости) возникает из-за того, что поперечное сечение трубопроводов, подводящих рабочую среду в рабочую камеру технологического аппарата, меньше поперечного сечения рабочей камеры. В месте внезапного расширения канала возникает отрыв потока от стенок с образованием затопленной струи и зон обратныхтоков (рис.10, а).Уменьшению неравномерности способствует также установка внутри сушильной камеры направляющихаппаратов в виде перегородок (рис.10, б).При фронтальном подводе сушильного агента к сушимому материалу неравномерность профиля скорости сушильного агента может быть также снижена путем установки в поперечном сечении канала, подводящего сушильный агент, распределенных аэродинамических сопротивлений.Различают тонкие и толстые аэро- или гидродинамические сопротивления.
Примером тонкого сопротивления может служить проволочная сетка, примером толстого – сотовая структура, хонейкомб.Для тонкого сопротивления существует оптимальное значение коэффициента аэро- или гидродинамического сопротивления, ζ орт = 2 , при котором происходит полное выравнивание неравномерного профиля плотности потока массы (скорости) (рис.11, б). При меньших значениях коэффициента сопротивлениянаблюдается неполное выравнивание неравномерного профиля плотности потока массы (скорости)(рис.11, а). При превышении оптимального значения наблюдается «опрокидывание» неравномерногопрофиля плотности потока массы (скорости).Рис.11.
Изменение неравномерного профиля скорости рабочей среды на тонком аэродинамическом сопротивлении (коэффициент гидродинамического сопротивления ζ1 < ζ 2 < ζ 3 , ζ 2 = ζ орт .Рис.12. Изменение неравномерного профиля скорости рабочей среды на толстом аэродинамическом сопротивлении (коэффициентгидродинамического сопротивления ζ 1 < ζ 2 < ζ 3 ).Качественное влияние роста коэффициента аэро- или гидродинамического сопротивления на степеньравномерности профиля плотности потока массы (скорости) показано на рис.12.Выравнивание профиля скорости приводит к сокращению паразитного удлинения только при полномотсутствии активизирующих мероприятий типа перемешивания материала.Экономию тепла и условного топлива за счет изменения профиля скорости можно подсчитать по следующим формулам:∆Qэ = Qω −1τ;ω∆B у =∆Qэ,7где: ∆Qэ – годовая экономия теплоты, Гкал; ∆Bу – годовая экономия условного топлива.68(3)При этом следует использовать следующие входные параметры и промежуточные величины: Wнд - начальное влагосодержание материала кг/кг; Wкд - конечное влагосодержание материала кг/кг; Wр - равновесное влагосодержание материала кг/кг;; τ - число часов работы установки за год; U1 - скорость сушильного агента в правой части сушильной камеры, м/с; U2 - скорость сушильного агента в левой частисушильной камеры, м/с; m – показатель степени при Re; w0 - начальное приведенное влагосодержание,wк - конечное приведенное влагосодержание.w 0 = Wнд − Wр ,w к = Wкд − Wр(4)ω - отношение времени сушки в процессе без выравнивания ко времени сушки в процессе с выровненным профилем скорости сушильного агентаω=()m⎛ w − 2w kw 0 − 2w k U1m + U m2 (U1 + U 2 )+ ⎜⎜ 0w0 − wk2 2 +m U1m Um2⎝ w0 − wk⎞⎟⎟⎠2(U+ U m2m1) (U212m1+ U2 )2 4 + 2m U U 22m2m(U1 + U 2 )wkw 0 − w k 2 2 + 2m U1m U m2m+Кинетическая линеаризация – второй тип оптимизирующих технологических операций, увеличиваетдиапазон потенциалов рабочих сред, в котором их потенциалоемкость постоянна, что приводит к снижению вредного влияния неравномерности на длительность технологического процесса и даже при равномерности - к увеличению средней интенсивности технологического процесса и к уменьшению его продолжительности.
Линеаризация кинетики сушки приводит к снижению критического влагосодержания, кувеличению продолжительности первого периода сушки. В результате уменьшается неблагоприятноевлияние поперечной неравномерности на сушку, сокращается паразитное удлинение.В качестве примера может рассматриваться камерная сушильная установка с переменным поперечнымсечением, приводящим к увеличению скорости сушильного агента по высоте камеры и, как следствие, кувеличению коэффициента тепломассообмена.Экономию тепла и условного топлива можно подсчитать аналогично предыдущему случаю, если вычислить паразитное удлинение:ω=C12 − 21 w к + w 0 w к;C22 − 22 w к + w 0 w кC1 = Wкр1 − Wр ,C2 = Wкр2 − Wр ,(6)(7)где C1, C2 - критическое приведенное влагосодержание материала до и после кинетической линеаризации; Wкр1, Wкр2 - критическое влагосодержание материала до и после кинетической линеаризации.Для оценки энергосберегающего эффекта по толщине слоя от распределения дополнительных источников энергии при конвективно-радиационной сушке Шаповаловой Г.П.
предложено паразитное удлинениевремени сушки определять по следующему соотношению:ω=()w 0 − 2w к q1m + qm2 (q1 + q2 )⋅+w0 − wк22 + m ⋅ q1m ⋅ qm2⎛ w − 2w к+ ⎜⎜ 0⎝ w 0 − wк(m)⎞ q1m + qm2 (q1 + q2 )2m(q1 + q2 )mwк⎟ ⋅+⋅⎟w 0 − w к 22 + m ⋅ q1m ⋅ qm224 + 2m ⋅ q12m ⋅ q22m⎠22(8)⎛ z + 0,622 ⎞⎟ ⋅ L ⋅ r , Q1 - конвективный тепловой поток, Q2 - конвективноA = 0,005 ⋅ S ⋅ ln⎜⎜ s⎟A⎝ z0 + 0,622 ⎠радиационный тепловой поток.где q1,2 = 0,66Q1,2,Как и в рассмотренных выше энергосберегающих мероприятиях, наибольшие значения экономии теплоты и условного топлива достигаются при увеличении начального влагосодержания, расхода материала,продолжительности работы установки и уменьшении конечного влагосодержания, причем зависимостиимеют практически линейный характер.7.1.3Использование теплообменных аппаратов для утилизации тепла ВЭРИзвестно, что теплообменные аппараты применяются в технике для того, чтобы:♦придать нагреваемой или охлаждаемой среде необходимую температуру, например, поступающему в помещение приточному воздуху или воде, поступающей в систему отопления или горячего водоснабжения жилого здания;69♦осуществить переход среды в другое фазовое состояние (например, фазовый переход рабочегоагента в циклах тепловых двигателей или парокомпрессионных холодильных машин);♦отвести тепло от охлаждаемых элементов конструкций, тепловыделяющей аппаратуры;♦полезно использовать теплоту уходящих из теплогенерирующих и теплоиспользующих установокэнергетических отходов - так называемых вторичных энергетических ресурсов (ВЭР).Решение этих задач может происходить одновременно.Вторичные энергетические ресурсы разделяют на следующие большие группы [1]:♦горючие (топливные) ВЭР: горючие отходы технологических процессов переработки углеродистого и углеводородного сырья, биогаз, твердые и жидкие топливные отходы, отходы, непригодные для дальнейшей технологической переработки (обрезки, щепа, опилки) и т.д.;♦тепловые ВЭР: физическое тепло отходящих газов технологических агрегатов, тепло отработавшего пара и горячей воды, тепло шлаков, золы, твердых технологических продуктов;♦ ВЭР избыточного давления: потенциальная и кинетическая энергия газов и жидкостей.Уходящие из установок тепловые вторичные энергетические ресурсы несут, как правило, значительноеколичество теплоты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
