РАССМОТРЕНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МЕРОПРИЯТИЙ В СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ

На настоящий момент в мировой экономике наблюдается рост потребления энергии, что обуславливает уменьшение количества запасов топливно-энергетических ресурсов. В связи с этим решение задачи оптимизации их использования в основных процессах промышленного производства и переработки сырья является достаточно актуальной. Тепловая сушка, как составная часть немалого количества технологий, является одним из наиболее энергоёмких процессов.

Сам процесс сушки в общей сложности происходит в три этапа:

• подготовка сушильного агента и сушимого материала;
• основной (происходящий в сушильных камерах);
• заключительный (утилизация ресурсов).

Сокращение энергетических затрат в процессе сушки, возможно путём реализации некоторых мероприятий на первом и последнем этапах. На заключительном этапе рационализировать использование энергоресурсов можно за счёт использования вторичных энергетических ресурсов, как в самой сушильной установке (например, для подогрева материала перед обработкой), так и для каких-либо других нужд производства. [1]

Конвективные сушильные установки используются в подавляющем большинстве (94 %), в то время как кондуктивным, радиационным и прочим установкам в общей сложности отводится всего 6 %. В связи с этим, рассмотрим возможность оптимизации процесса сушки в конвективных сушильных установках.

Невозможность полного использования потенциала теплоносителя и, как следствие, сложность повторного использования тепла отработанного сушильного агента, т.к. потенциал теплоносителя на выходе достаточно мал, приводят к необходимости поиска различных вариантов утилизации тепла и использования вторичных энергетических ресурсов. Одной из  отраслей промышленности со значительными затратами энергоресурсов на процесс сушки является производство древесных материалов.

В процессе сушки древесных материалов допускается использование трёх сушильных агентов: отходящих дымовых газов, воздуха и перегретого пара. Каждый из них, определённо, имеет свои преимущества и недостатки. При использовании в качестве сушильного агента нагретого воздуха в целях энергосбережения можно рассматривать процесс рециркуляции части уходящего из сушилки воздуха (рис.1). Применение данного сушильного агента имеет ограничение по температурному режиму сушки, так как  перегревать древесину выше 70⁰С не целесообразно, что приводит к неравномерной усадке и браку.

Рисунок 1. Общая схема процесса сушки с частичной рециркуляцией сушильного агента:

СК – сушильная камера, ВН – нагнетающий вентилятор, К – калорифер, СК – сушильная камера, ВО – отсасывающий вентилятор, ВР – рециркуляционный вентилятор

При этом сушка перегретым паром допускает нагрев древесины до 100⁰С и выше, вследствие чего материал становится более пластичным и легко поддаётся усадке даже в процессе быстрой сушки, которая происходит в результате кипения влаги, вместо обычного её испарения. [2]

Первым способом является использование тепла на нужды технического производства, достигаемый путём  использования тепла конденсата (рис. 2). Он позволяет избежать потерь конденсата от его самовскипания, характерного для процессов, в которых необходимо поддержание его при температуре не ниже 100⁰С. Максимальный результат достигается при использовании в установке вместо редуктора инжектора, что позволяет снижать давление, с помощью теплоты, выделяющейся при дросселировании пара, в расширителе первой ступени (например, с 7 ата до 5,5 ата) (рис.2). [2]

Рисунок 2. Принципиальная схема сушки с использованием в качестве сушильного агента перегретого пара:

1 – котел, 2 – сушильная камера, 3 – ресивер, 4 – конденсатор-аккумулятор, 5 – испаритель, 6 – сборник конденсата

Это допускает увеличение перепада энтальпий конденсата, что в свою очередь приводит к увеличению количества пара, образующегося при самовскипании конденсата. Аналогичный процесс происходит в подогревателе второй ступени, только при давлении, примерно равном 2 ата. Таким образом, пар, образующийся в ходе работы первой и второй ступеней, идёт на технические нужды производства: отопление цеха, подогрев воды и др. [1]

Для использования тепла, уходящего из сушилки в процессе сушки, можно применять тепло отходящих дымовых газов от котельных установок и др., которое будет наиболее эффективным при условии, что количество отброшенного тепла будет равно количеству необходимого для сушки. Производится это в двух случаях: если материал, подлежащий сушке, не боится загрязнения, или сушка производится при температуре 60-70 %, при определённой влажности воздуха. Для применения отработавших дымовых газов в процессе сушки, необходимо их увлажнить, путём рециркуляции воды в контактном теплообменнике. При этом вода должна быть подогрета до определённой температуры (мокрого термометра), так как при использовании холодной воды, газы будут не увлажняться, а осушаться, что приведёт к невозможности реализации процесса. Если первое условие не выполняется (сушимый материал боится загрязнений), то для очистки поступающих газов используется добавка сульфитных щёлоков (3 %) к воде. Но у этого метода экономии энергии в процессе сушки есть свои существенные минусы. Первый из которых заключается в том, что он применим преимущественно на новых промышленных предприятиях, так как на действующем могут возникнуть трудности, исключающие возможность его использования. Второй – необходимость определённой геолокации объектов (расстояние между источником и потребителем отходящих газов не будет превышать 100 м), потому что транспортировка рабочего тела на большее расстояние потребует неокупаемых за счёт экономии энергоресурсов затрат. Так же, в некоторых случаях, отходящие газы добавляются к топочным в объёме, не превышающем 30 % от общего. [1, 3]

Стоит так же отметить один из важнейших критериев рациональности применения методов экономии экономических ресурсов – степень использования сушильного агента. Она характеризуется термическим коэффициентом полезного действия, то есть выражается следующим образом:

где Q_д – тепло, отданное сушильным агентом высушиваемому материалу;

Q_кл – тепло, затраченное в теплообменнике на нагрев сушильного агента;

t₀, t_к, t_пр – температура газа перед сушилкой, после сушилки, перед калорифером.

Из представленного уравнения следуют некоторые выводы и дополнения к трём вышеперечисленным методам экономии энергетических ресурсов в процессе сушки:

1.  более продуктивное повторное использование тепла достигается в сушилках с замкнутым циклом сушильного агента;
2. при сушке материалов с высокой влажностью, рациональнее применить метод повторного использования тепла с применением промежуточного энергоносителя;
3. при сушке материалов с низкой влажностью, рациональнее использовать метод использования физического тепла высушенного продукта;
4. при повторном использовании тепла путём частичной рециркуляции сушильного агента, достигается немалая экономия, так как этот метод не требует больших материальных затрат;

Таким образом, на настоящий момент существует потребность в рационализации использования энергетических ресурсов в процессе сушки древесных материалов, которая реализуется путём использования тепла в процессе сушки и на нужды производства. Каждый из них имеет свои недостатки и преимущества, и при выборе конкретного, подходящего для технического производства способа, следует руководствоваться степенью использования сушильного агента, годовыми расходами на эксплуатацию и сроком окупаемости установки.

Список литературы:

1. Данилов О.Л. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях: учебник для вузов [под ред. О.Л. Клименко] – М.: Издательский дом МЭИ, 2010. – 424с.
2. Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов в различных отраслях промышленности и агропромышленном комплексе: сборник научных статей – К.: «Университетская книга», 2015., 485 с.
3. Губарёва В. В. Расчёт и проектирование конвективных сушильных установок: учеб. пособие: /В. В. Губарёва.- Белгород: БГТУ,2014.–118 с.