ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ КОНВЕКТИВНЫХ СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

INCREASING THE EFFICIENCY OF CONVECTIVE DRYING PLANTS

Ksenia Azarchenko

Student, department of industrial heat power engineering, Smolensk branch of the Moscow Energy institute,

Russia, Smolensk

Irina Kabanova

scientific adviser, candidate of technical sciences, associate professor, department of industrial heat power engineering Smolensk branch of the Moscow Energy institute,

Russia, Smolensk

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены особенности работы конвективных сушильных установок, отмечены пути повышения эффективности работы. На примере барабанных сушилок выполнен анализ влияния температуры сушильного агента на производительность установки.

ABSTRACT

The article discusses the features of the operation of convective drying plants, noted the ways to improve the efficiency of work. On the example of drum dryers, the analysis of the effect of the temperature of the drying agent on the productivity of the installation is carried out.

Ключевые слова: барабанные сушилки, конвективные сушилки, производительность установки, рециркуляция.

Keywords: drum dryers, convection dryers, plant performance, recirculation.

Сушильные установки являются неотделимой частью любого технологического процесса по созданию разных видов материалов. Для сушки материалов используются различные установки, а именно: по виду теплообмена, по свойствам сушильного агента, по конструкции аппаратов и по режиму их работы.

Теория сушки является частью науки о массо- и теплообмене, так же этот процесс является технологическим процессом, в ходе которого происходит изменение свойств материалов, также изменяются биохимические, структурно-механические и технологические свойства.

Целями сушки являются: удаления влаги из твёрдых, жидких веществ или их смесей, достижение материалом требуемых свойств, а именно: уменьшение массы материала, увеличение его прочности, повышение теплоты сгорания, сохранение качества материала на долгое время и так далее.

Во время процесса сушки используется большое количество материалов, которые различаются между собой химическим составом, дисперсностью и структурой, адгезионными свойствами и термочувствительностью, содержанием и формой связи влаги с материалом и другими свойствами. Область применения сушильных установок широка, их используют в химической, строительной и других отраслях промышленности. Они предназначены для сушки сыпучих материалов. В связи с разнообразием высушиваемых материалов, их свойств и условий обработки, конструкции сушилок также различны.

Основным признаком классификации сушильных установок является способ подвода теплоты к поверхности высушиваемого материала. Различают следующие виды сушки: конвективную, кондуктивную, радиационную, комбинированную.

Из всех перечисленных сушильных установок конвективные сушильные установки получили большое распространение в общем парке обезвоживающих устройств (рисунок 1), рассмотрим методы энергосбережения применительно к этим сушилкам. При исследовании методов повышения тепловой экономичности нужно рассматривать факторы, влияющие на кинетику сушки. Главными методами увеличения тепловой экономичности конвективных сушильных установок являются: уменьшение потерь теплоты с уходящим сушильным агентом, потерь теплоты в окружающую среду через ограждение сушильных камер и потерь с пролётным паром [3, с.215-216].

Рисунок 1. Основные типы сушильных установок, используемые в России и странах СНГ

Рециркуляция сушильного агента относится к числу наиболее простых, традиционно применяемых энерго- и ресурсосберегающих теплотехнологических приёмов и снижает расход уходящего сушильного агента в десятки раз. Протекание процесса сушки сопровождается рециркуляцией воздуха, можно выделить два способа рециркуляции воздуха, применяемого в качестве сушильного агента: смешение уходящего сушильного агента со свежим воздухом перед подогревателем (рис. 2, а) и нагрев свежего воздуха с последующим смешением его с уходящим сушильным агентом (рисунок 2, б).

Рисунок 2. Принципиальные схемы конвективных сушильных установок с рециркуляцией сушильного агента (воздуха)

где П – подогреватель; С – сушильная камера.

У сушки с рециркуляцией существует ряд особенностей, одна из них это – энергозатраты, они различаются в зависимости от соотношения температур на выходе из сушильной камеры Т₂ и кипения удаляемой воды Т_В (Т₂ > Т_В или Т₃ < Т_В).

Для первого случая, когда температура Т₃ превышает температуру кипения Т_В, с ростом коэффициента рециркуляции влагосодержание сушильного агента на выходе из сушильной камеры d₃ может подниматься до бесконечности. Вместе с тем влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную камеру d₂ тоже растёт до бесконечности. Этот процесс происходит, потому что изотерма Т₃=const продолжается неограниченно далеко вправо и не пересекается с линией насыщения, которая асимптотически стремится к изотерме Т_В=const, лежащей ниже изотермы Т₃=const (рисунок 3, а).

Для второго случая, когда температура на выходе из сушильной камеры Т₃ ниже температуры кипения Т_В, с увеличение коэффициента рециркуляции влагосодержание сушильного агента на выходе из сушильной камеры d₃ не превышает влагосодержание насыщения при температуре Т₃. При этом изотерма Т₃=const пересекается с линией насыщения (рисунок 3, б). Этот случай намного чаще встречается, чем предыдущий, потому что температуру сушильного агента на выходе из сушильной камеры стараются приблизить как можно ближе к наиболее низкому значению.

Рисунок 3. Изменение сушильного агента при сушке с рециркуляцией

Среди всех видов конвективных сушилок барабанные сушильные установки получили наиболее широкое применение в промышленности для сушки влажных материалов подогретым атмосферным воздухом или топочными газами в условиях прямоточного или противоточного движения сушильного агента и высушиваемого материала [2, с.218].

Барабанные сушилки обладают высокой производительностью и простотой конструкции. Производительность сушильной установки можно определить по ниже приведённой формуле (1):

Где G – производительность по сухому продукту, кг/ч; М – коэффициент, который зависит от геометрических параметров и заполнения сушильного барабана, начальной и конечной влажности материала, эквивалентного диаметра частиц, скорости сушильного агента, частоты вращения барабана и имеет достаточно сложную функциональную зависимость, подробно представленную в [1, с.72]; П – температурный коэффициент; t_вх – температура агента сушки на входе в барабан, ⁰С;  – массовая скорость сухого агента сушки по барабану, кг/(м²с); D_б – диаметр барабана, м.

Барабанные сушки получили широкое распространение для сушки угля. Сушилки такого вида используются для сушки угля-сырца с уровнем влажности 20-40%. Этот тип сушилок подходит для сушки угольного шлама, бурого угля и других угольных материалов.

Для того чтобы процесс конвективной сушки оказался эффективным нужно применить следующие направления интенсификации сушильного процесса: увеличение удельной поверхности материала, увеличение скорости теплопередачи, обеспечение равномерности сушки, использование сушильных агентов высокого потенциала и улучшение аппаратурной схемы процесса. Большинство из этих методов используются при конвективной сушке материалов во взвешенном состоянии.

В рамках данной работы было проведено исследование по влиянию температуры сушильного агента на производительность барабанной сушилки заданных параметров на производительность установки для сушки каменного угля при скорости вращения барабана 12 об/мин (рисунок 4).

Рисунок 4. Зависимость производительности установки от температуры сушильного агента

Располагая такого рода графическими зависимостями при разных скоростях вращения барабана можно без трудоемких расчетов на практике определять производительность сушильной установки. В дальнейших исследованиях целесообразно рассмотреть ряд других факторов, влияющих на эффективность работы барабанных сушилок с целью практического применения при их эксплуатации.

Список литературы:

1. Байтуреев А. М. Исследование влияния температуры сушильного агента (t_вх) на технологические параметры процесса сушки в барабанной сушилке со смешанным режимом термообработки (L_б/D_б = 7,2/1,2 = 6) // Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан. – 2009. - №4. – С. 72-76.
2. Субботин М.Ю. Обоснование конструктивных параметров барабанных сушилок физико-механическими свойствами сыпучих материалов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2014. - №12. – С. 218 – 223.
3. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях: учебник для вузов/ О.Л. Данилов, А.Б. Гаряев, И.В. Яковлев и др.; под ред. А.В. Клименко. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. - 424 с.