Дахин С.В. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях

Подождите немного. Документ загружается.

150

эффективности поверхностей их покрывают специальными

плѐнками или вакуумируют объѐм над поверхностью.

Более простые устройства для поглощения солнечной

радиации называются солнечными абсорберами.

Эти теплообменники не имеют защитного остекления, в

связи с чем нет надобности в корпусе, герметизации, очистке

стекла В отличие от солнечных коллекторов, абсорберы могут

работать лишь в сочетании с тепловым насосом.

Системы гелиоснабжения бывают индивидуальными и

централизованными. Для выравнивания несоответствия посту-

пления и потребления тепла они оборудуются аккумулятора-

ми. Последние, в свою очередь, в зависимости от назначения,

могут быть суточными и сезонными.

6.3.7. Применение инфракрасных излучателей

Для обогрева постоянных и непостоянных рабочих мест

в производственных и вспомогательных помещениях; поме-

щений и площадок гражданского назначения; помещений и

конструкций в процессе строительства зданий и сооружений;

систем снеготаяния на открытых и полуоткрытых площадках,

на кровлях зданий и сооружений возможно применение ин-

фракрасных излучателей (газовых или электрических).

Отопительными приборами в этой системе являются

горелки (электронагреватели) инфракрасного излучения. На-

пример, для газа низкого давления применяются горелки

эжекционного типа с полным предварительным смешиванием

газа и воздуха. При температуре излучающей поверхности 850

°С около 60 % теплоты, выделяющейся при сгорании газа, пе-

редается излучением, при этом в основном в виде инфракрас-

ных лучей с длиной волны 2,5 - 2,7 мкм.

Размещение горелок (число рядов, расстояние между

горелками в ряду, высоту их подвески над полом, угол наклона

горелок) определяют исходя из норм облученности и типа го-

релок (рис. 47) [33].

151

Расчеты систем отопления с излучающими горелками

для помещений различного назначения могут значительно от-

личаться. Так, для помещений с мало- и нетеплоемкими огра-

ждающими конструкциями, а также для отопления рабочих

мест на открытом воздухе или в случае зонного обогрева ото-

пительную нагрузку можно определить по условию комфорт-

ной облученности человека. В остальных случаях нагрузку

следует определять с учетом теплопотерь помещения и лучи-

сто-конвективного теплообмена системы отопления с помеще-

нием.

Энергосбережение достигается за счет уменьшения

отапливаемого объема помещения, отсутствия перегрева верх-

ней зоны помещения, малой тепловой инерции и гибкости

управления.

Рис. 47. Варианты схем размещения инфракрасных

излучателей

6.4. Энергосбережение в сушильных установках

Под сушкой понимают совокупность термических и

массообменных процессов у поверхности (внешняя задача) и

152

внутри (внутренняя задача) влажного материала, способст-

вующих его обезвоживанию.

Скорость протекания тепломассообменных процессов,

степень их завершѐнности зависит не только от способа под-

вода теплоты к материалу, но и от режима сушки.

Промышленные сушильные установки классифицируют

по следующим признакам [49]:

1 - по способу подвода теплоты к материалу (кондук-

тивные, конвективные, радиационные, электромагнитные,

комбинированные);

2 – по функционированию по времени (непрерывного

действия, периодического действия, полунепрерывного дейст-

вия);

3 – по конструкции (камерные, шахтные, туннельные,

барабанные, трубчатые, ленточные, кипящего слоя, распыли-

тельные, сублимационные и др.).

Наибольшее распространение получили конвективные

сушильные установки, которые разделяют на несколько групп:

1 – по применяемому сушильному агенту (воздушные,

на дымовых (топочных) газах, на неконденсирующихся в про-

цессе сушки газах (перегретый пар, азот и т.д.));

2 – по схеме ждвижения сушильного агента (с одно-

кратным использованием сушильного агента, рециркуляцией,

с промежуточным подогревом сушильного агента, рециркуля-

цией его в зонах и между зонами и т.п.);

3 – по давлению в сушильной камере (атмосферные, ва-

куумные);

4 – по направлению движения сушильного агента отно-

сительно материала (прямоточные, противоточные, перекрѐст-

ные, реверсивные).

Выбор сушильного агента проводят на основе ком-

плексного исследования технико-экономических показателей

сушильной установки, еѐ технологической схемы и связи еѐ с

тепловой схемой предприятия.

Процесс сушки определяется статикой и кинетикой.

153

Под статикой сушки понимают материальный и тепло-

вой балансы сушилки, которые позволяют определить расходы

сушильного агента и теплоты, а также оценить тепловую эко-

номичность сушилки.

Изменение во времени среднеинтегральных значений

температуры и влагосодержания материала кинетикой сушки.

Знание последней позволяет определить продолжительность

сушки и габариты установки.

Габариты установки во многом определяют тепловые

потери в окружающую среду, а, следовательно, тепловую эко-

номичность сушилки. Таким образом, при анализе возможно-

стей повышения тепловой экономичности следует учитывать

факторы, влияющие на кинетику сушки.

Ниже приведена одна из возможных классификаций

приѐмов энергосбережения в сушильных установках [25].

Все энергосберегающие мероприятия можно разбить на

три группы:

1 – теплотехнологические – теплотехнические (выбор

тепловой схемы, режимных параметров сушки – температуры,

скорости и влагосодержания сушильного агента, режимов ра-

боты установки, коэффициентов рециркуляции, управление

конечным влагосодержания сушильного агента и т.д.); конст-

руктивно-технологические (оптимизация числа зон промежу-

точного подогрева сушильногоагента, выбор направления вза-

имного движения сушильного агента и материала, совершен-

ствование систем подвода теплоты, улучшение аэродинамиче-

ской обстановки в сушильной камере ит.д.);

2 – кинетические – методы интенсификации внешнего

тепло- и массообмена (повышение температурного напора, по-

вышение движущей силы массообмена, коэффициента тепло-

отдачи к сушимому материалу, поверхности тепло- и массооб-

мена 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 со-

154

ставляющей, использование внешних полей – электрических,

магнитных, звуковых, использование ПАВ и т.д.); методы ки-

нетической оптимизации (управление профилем скорости,

температуры и влагосодержания сушильного агента на входе в

установку, линеаризация кинетики сушки изменением формы

сушильной камеры, активизация процесса взаимодействия су-

шильного агента и материала, реверсия и др.);

3 - энергосберегающие технологии - использование не-

традиционных и возобновляемых источников энергии, приво-

дящее к замещению органического топлива (солнечные су-

шильные установки, использование ветровой энергии для

сушки материалов растительного происхождения и др.); ис-

пользование прерывистых режимов подвода тепла за счет ра-

диационного излучения, реверсия потоков сушильного агента

и др.); использование в качестве сушильного агента паров рас-

творителя, 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 рацио-

нальных и оптимальных с точки зрения энергозатрат вариан-

тов организации процесса сушки.

6.5. Энергосбережение в выпарных установках

На современных крупных предприятиях выпаривание

ведут в многокорпусных (многоступенчатых) установках не-

прерывного действия. При этом происходит использование

образующегося над раствором так называемого «вторичного

пара» каждого корпуса в последующих корпусах с более низ-

ким давлением в качестве греющего или с передачей части

вторичного пара (экстра-пара) другим тепловым потребите-

лям. Раствор в таких установках перетекает из корпуса в кор-

пус, выпариваясь при этом частично в каждом корпусе до оп-

ределенной концентрации.

155

Экономия энергии в выпарных установках может дос-

тигаться следующими основными способами[25]:

- использованием теплоты вторичного пара в многосту-

пенчатых выпарных установках;

- применением сжатия паров при помощи струйного

эжектора или механического компрессора,

- подогревом раствора, направляемого на выпарку вто-

ричным паром или конденсатом.

Кроме того, возможно использование теплоты вторич-

ных энергетических ресурсов, получаемых при выпаривании

(вторичный пар, конденсат) в теплоснабжении или других тех-

нологических установках (внешнее использование теплоты).

Теоретически возможно также использование теплоты концен-

трированного раствора, однако это не всегда можно осущест-

вить на практике.

Существенную экономию пара дает применение много-

корпусных выпарных установок. Из-за того, что образующий-

ся вторичный пар из предыдущего корпуса направляется в ка-

честве греющего в последующий, расход греющего пара на

установку от внешнего источника снижается. Например, для

трех- или четырехкорпусных установок коэффициент тепло-

вых потерь составляет 0,9, а для пяти- или шестикорпусных

установок он равен 0,85.

Но, такое техническое решение не удается реализовать

в малотоннажных производствах по техникоэкономическим

соображениям. У аппаратов малой производительности суще-

ственно выше удельный расход металла на их изготовление.

Поэтому снижение затрат на греющий пар при увеличении

числа корпусов будет сопровождать более заметным ростом

стоимости самой установки. Регенеративный подогрев исход-

ного раствора конденсатом греющего пара позволяет снизить

расход последнего не более чем на 5 - 10 %, поэтому основным

решением для однокорпусных выпарных установок является

внешнее энергоиспользование, например отпуск вторичного

пара в качестве теплоносителя внешним потребителям.

156

Правильный выбор типовой схемы выпарной установки

позволяет существенно снизить теплопотребление на процесс

выпаривания. Наиболее распространенные схемы установок с

поверхностными аппаратами приведены на рис 48 [49].

Схема установки с повышенным давлением в последней

ступени (рис. 48, б) может быть выбрана в случае, когда вто-

ричный пар последней ступени в расчѐтном режиме может

полностью использоваться в других теплоиспользующих уста-

новках.

Установки с ухудшенным вакуумом (рис. 48, в), могут

работать и на конденсатор (по варианту рис. 48, а), и на потре-

бителя низкопотенциальлной теплоты (по варианту рис. 48, б)

со сбросом излишков пара в конденсатор с ухудшенным ва-

куумом.

В установках с нуль-корпусом (рис.48, г) используется

пар двух давлений. Пар более высокого давления обогревает

предвключѐнную ступень установки, называемую нуль-

корпусом, а пар с меньшим давлением (например, от котлов-

утилизаторов, использующих теплоту вторичных ресурсов,

которые могут получаться на данном предприятии) подаѐтся в

следующую ступень, называемую первым корпусом. В резуль-

тате решается задача замещения части первичного топлива

вторичными энергоресурсами (ВЭР).

Установки с отбором экстра-пара (рис.48, и) относятся к

энерготехнологическим поскольку кроме решения чисто тех-

нологической задачи – повышения концентрации раствора,

они служат одновременно источником теплоты (экстра-пар)

для внешних потребителей.

При наличии в выпарной установке или на предприятии

потребителей низкопотенциальной теплоты целесообразно

применение схем с ухудшенным вакуумом или с повышенным

давлением в последней ступени. Если постоянный потребитель

низкопотенциальной теплоты отсутствует, то используется

выпарная установка с конденсатором за последней ступенью

(давление конденсации 0,01 – 0,02 МПа).

157

а – прямоточная с конденсатором; б – прямоточная с противо-

давлением; в – с ухудшенным вакуумом; г – с нуль-корпусом;

д – двухстадийная с обогревом корпуса второй стадии острым

паром; е - двухстадийная с обогревом корпуса второй стадии

вторичным паром первой ступени выпарной установки; ж –

противоточная; з – с параллельным током; и – с отбором экст-

ра-пара; к – со смешенным током; 1 – барометрический ящик;

2 – солеотделитель

Рис. 48. Схемы выпарных установок

158

Окончательный вывод о целесообразности определѐн-

ного схемного решения можно сделать только на основе тех-

нико-экономического сравнения вариантов.

Для экономии греющего пара в схеме выпарной уста-

новки можно использовать паровой эжектор или механический

компрессор. При этом вторичный пар сжимается с помощью

пара высоких параметров или за счет подвода механической

энергии до давления, которое обеспечивает необходимую тем-

пературу конденсации в 1-м корпусе. Эжектор или компрессор

можно устанавливать за любым корпусом установки. Чем ни-

же давление всасываемого пара, тем полнее утилизация тепло-

ты, но больше требуется энергии на сжатие. Место установки

ступени сжатия должно определяться на основании технико-

экономических расчетов. Установка парового эжектора в трех-

корпусной выпарной установке может позволить добиться та-

кой же экономии пара, как установка еще одного дополни-

тельного корпуса.

Применение механического компрессора более выгод-

но, чем использование парового эжектора из-за низкого КПД

последнего. Кроме того, в схеме с применением парового

эжектора невозможна полная утилизация теплоты, так как до-

полнительное количество пара, полученное от парового котла,

должно быть сконденсировано.

Если процесс выпаривания осуществляется в выпарных

аппаратах с погружными горелками, в которых теплоноситель

- продукты сгорания топлива непосредственно контактируют с

выпариваемым раствором, а их температура на выходе из ап-

парата практически равна температуре раствора, применение

многокорпусных установок с последовательным включением

аппаратов по теплоносителю не имеет смысла. Вся теплота

продуктов сгорания, затраченная на испарение, уносится из

аппарата образующейся в процессе выпаривания парогазовой

смесью. На предварительный подогрев раствора может быть

израсходовано не более 10 – 15 % теплоты этой смеси. Для

внешнего энергоиспользования теплота уходящих газов имеет

159

недостаточно высокий потенциал. Для увеличения температу-

ры парогазовой уходящей смеси предложено выходное сопло

горелки не погружать в раствор, а располагать его выше уров-

ня раствора на расстоянии, достаточном для поддержания не

барботажного, а струйного режима течения продуктов сгора-

ния в газожидкостном пространстве (рис. 49) [25]. Меняя ука-

занное расстояние, можно устанавливать любую необходимую

температуру парогазовой смеси. Расход топлива на упаривание

раствора при этом выше, чем в обычных аппаратах с погруж-

ными горелками, но с учетом замещения внешних источников

теплоты для горячего водоснабжения, отопления и вентиляции

использование теплоты сгорания топлива оказывается более

эффективным.

1 – барботажно-струйный испаритель; 2 – горелка или топоч-

ное устройство; 3 – контактно-поверхностный подогреватель;

4 – скрубберная зона водоподогревателя; 5 – рекуперативная

зона подогревателя; 6 – насос; Т – топливо; В – воздух; Р

и Р

– исходный и концентрированный растворы; ПГС - парогазо-

вая смесь; УГ – уходящие газы; ХВ – холодная вода; ГВС - во-

да на горячее водоснабжение; ГВ – горячая вода в систему

отопления и вентиляции

Рис. 49. Схема водогрейной установки