Сушка топочными дымовыми газами

Внастоящее время все белее широкое применение приобретает сушка топочными газами, используемыми для сушки неорганических и органических материалов.

Это объясняется высокой температурой топочных газов, а, следовательно, их влагопоглощающая способность во много раз больше влагопоглощающей способности воздуха и, соответственно, больше потенциал сушки.

Сушилки на топочных газах по сравнению с сушилками с паровыми калориферами более экономичны по расходу топлива, менее металлоемки (нет необходи­мости в паровых котлах, паропроводах, калориферах и т.д.), менее инерционны при регулировании температуры сушильного агента и т.д.

Балансовые расчеты сушильных установок на топочных газах, определение общих расходов теплоты и сушильного агента могут быть выполнены, так же как и для уста­новок с использованием воздуха, с помощью J-x -диаграммы. Как правило, в сушиль­ных установках используется смесь топочных газов с воздухом. При коэффициенте избытка воздуха α > 5 отличия значений удельных теплоемкостей смеси и чистого воз­духа составляет менее 2 %, а между их плотностями не превышает 1,5 %. Поэтому при расчетах процесса сушки в случае, когда сушильным агентом являются топочные газы, использование J-x -диаграммы, построенной для чистого воздуха, вносит незначитель­ную погрешность.

Сушилка на топочных газах состоит из трех основных узлов: топочного устройства 1 с камерой дожигания или с осадительной камерой и циклоном-искрогасителем (при сжигании твердого топлива) и с камерой смешения; сушильной камеры 2;вытяжного устройства (дымососа) 3. Принципиальная схема такой сушилки представлена на рис. 2.7, а.

Для определения влагосодержания и энтальпии топочных газов необходимо выполнить стехиометрические расчеты процесса горения топлива, например, как показано в литературе. [2]

Для расчетов необходимо влагосодержание топочных газов:

.

Рис. 2.7. Сушилка с однократным использованием топочных газов (а) и изображение процесса сушки в I-x -диаграмме (б). А – холодный воздух; К – топка; М и С – состояние сушильного агента на входе и выходе из сушилки.

Построение диаграммы I-x процесса сушки топочными газами показано на рис. 2.7 б. Точка А отвечает состоянию воз­духа, поступающего в топку (t₀, φ ₀). Процесс подогрева воздуха в калорифере изобразился бы линией АВ, но при сгорании топ­лива и смешении топочных газов с воздухом влагосодержание увеличивается. Точка К на диаграмме определяется по известной энтальпии дымовых газов J₁ и их влагосодержанию x₁. Точка M, характеризующая состояние сушиль­ного агента после камеры смешения, определяется по темпера­туре газов, поступающих в сушилку, t₁, которая задается и влагосодержанию x₁,которое определяется по формуле (10.3) или от принятого соотношения газов и воздуха. Из точки В проводят линию I = const до пересечения с изотер­мой t₂ = const. Дальнейшие построения диаграммы I-x, определение расхода сухих газов и теплоты на сушку аналогичны процессу сушки воздухом.

Предположим, что в сушилке тепловые потери преобладают над тепловыделениями. Δ < 0.

На линии МС₀ выберем т. е и определим величину отрезка eE-eE = ef Δ /M,

M = M_J/M_X.

Из точки М проведем через т. Е политропу действительного процесса до пересечения ее с заданной изотропой t₂ в точке С. Удельный расход смеси топочных газов и воздуха равен:

.

Удельный расход теплоты на испарение влаги:

.

Расход топлива рассчитывают исходя из необходимого количества теплоты на сушку qW, высшей теплоты сгорания топлива (что исключает необходимость учета теплоты на испарение влаги из топлива) и коэффициента потерь теплоты в топке, камере смешения и подводящих газоходах (η_т = 0,8÷0,9):

.

где W - количество испаряемой из материала влаги.

Влагосодержание сушильного агента по сравнению с влагосодержанием наружного воздуха увеличивается на величину x₁-x₀, что обусловлено испарением влаги при сжигании топлива и окисление водорода топлива. Это увеличение происходит вне камеры сушилки. Состояние газов без учета тепла испарения влаги топлива в топке характеризуется т. Р.

PBM_J – теплота, затраченная на испарение влаги из топлива; APM_J – теплота, затраченная на испарение влаги из материала.

Сравнивая удельный расход теплоты с его значением воздушной сушилки, можно установить, что расход теплоты на 1 кг испаренной влаги больше в газовых сушилках, чем в воздушных. Однако критерием сравнения сушилок должен быть расход топлива на 1 кг испаренной влаги, который ниже для газовых сушилок.

Как было показано, тепловая экономичность сушилок, работающих на топочных газах, всегда ниже, чем у сушилок, работающих на воздухе, нагреваемом паром. Но при сравнении этих сушилок по расходу топлива преимущество имеют сушилки на топочных газах. С повышением влажности топлива или ухудшением его качественного состава расход теплоты в сушилках на топочных газах увеличивается.

2.4 Энергосбережение при проведении процесса сушки [1, 6]

Энергосбережение является актуальной проблемой и при проведении процессов сушки. Все методы повышения тепловой экономичности можно разделить на две группы [3]:

1) теплотехнологические (касающиеся сушильной уста­новки в целом);

2) кинетические (способствующие повышению интенсивности сушки и тем самым влияющие на габариты установки и ее КПД).

В первой группе методов можно выделять:

1) теплотехнические (выбор тепловой схемы, режимных параметров сушки, режимов работы установки, коэффициентов рециркуляции, управление конечным влагосодержанием сушильного агента и т. д.);

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

Вторая группа методов подразделяется на:

1) методы интенсификации внешнего тепломассообмена (увеличение температурного напора, движущей силы массообмена, коэффициента теплоотдачи к сушимому матери­алу, поверхности тепломассообмена и др.);

2) методы интенсификации внутреннего тепломассооб­мена (повышение температуры материала, особенно в пер­вом периоде сушки, снижение термодиффузионной состав­ляющей потока массы при еe разнонаправленности с диффузионной составляющей, использование внешних полей — электрических, магнитных, звуковых, использование ПАВ, осциллирующих режимов подвода теплоты).

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

В соответствии с изложенным интенсификация тепломассопереноса при сушке может быть обеспечена следующими приемами, осуществляемыми раздельно или в различных сочетаниях.

Для интенсификации процессов сушки и повышения экономической эффективности работы аппаратов могут быть выбраны следующие пути:

использование более высоких начальных температур теплоносителя в условиях автоматизированных контроля и регулирования температуры. С повышением температуры теплоносителя резко сокращается длительность сушки, в результате материал сохраняет свои качественные показатели. При этом уменьшаются удельные расходы топлива и электроэнергии;

использование больших локальных скоростей (сопловая сушка), пульсирующих газовых потоков и вибраций частиц материала, закрученных высокоскоростных потоков (вихревая сушка) и т.д.;

применение перегретых паров испаряемой из материала жид­кости в качестве теплоносителя (водяные пары, пары органических растворителей — тетрахлорид углерода, хлорбензол и т.д.);

изменением свойств окружающей среды, например при использовании вместо воздуха инертных газов, инертных к влаге жидких сред, при осуществлении процесса в разреженной среде или при повышенном давлении (в последнем случае изменяются тепло- и массопереносные свойства среды и может ускоряться удаление влаги из материала);

применением электромагнитных излучений (инфракрасного, высокочастотного диапазонов), позволяющих резко увеличить поток подводимой к материалу энергии.

Интенсификация внутреннего переноса осуществляется:

изменением, если это допустимо технологией, структуры материала перед или при сушке с целью увеличения тепломассопроводности;

введением в объем материала малых добавок, например поверхностно-активных веществ, что также может ока­зывать ускоряющее влияние на внутренний перенос;

управлением характером распределения температуры, влагосодержания и давления в объеме материала за счет применения различных, часто изменяющихся во времени способов и параметров энергоподвода к материалу.

Наиболее эффективными в большинстве случаев ока­зываются комбинированные методы интенсификации сушки. Экономия энергии в результате интенсификации осуществляется, прежде всего, за счет:

сокращения общей длительности процесса и соответст­венно уменьшения потерь энергии;

локализации подвода энергии и снижения при этом нерационального ее расхода;

снижения расхода сушильного агента и соответственно энергии на его перемещение.

Дата добавления: 2014-01-20