Анализ энергетических затрат и выявление среди них доли непроизводительных затрат на отдельной теплотехнологической установке, как правило, требует не только наличия штатных измеряющих прибо­ров, но и дополнительных измерений, определяемых спецификой установки.

Рассмотрим методологию углубленного энергоаудита теплотехнологической установки на примере не — прерывнодействующей ленточной конвективной установки, предназначенной для сушки волокнистых (дисперсных) материалов.

Ленточная сушилка состоит из п однотипных секций, включающих газопроницаемый конвейер, нагнета­тель с электроприводом, паровой калорифер. При работе в каждой секции наблюдается неравномерное поле скоростей воздуха, приводящее к неравномерному по ширине конвейера высыханию материала. Для выравнивания влагосодержания материала осуществляют его кондиционирование в дополнитель­ном аппарате за счет впрыска воды AW.

Принципиальная схема установки представлена на рис. 16

Сушимый материал

Рис. 16

1 — паровой калорифер, 2 — сушилка, 3 — установка кондиционирования материала

Инструментальный энергоаудит должен дать исходную информацию для составления материального и теплового баланса не только всей установки в целом, но и отдельных ее частей: калорифера (подогре­вателя), сушильной камеры, камеры кондиционирования материала.

Материальный баланс сушильной установки. Считается, что сушимый материал и нагретый воздух со­стоят из сухой части и влаги:

G м = Gc + G. m

Ge = 4…+ G„

TOC o "1-3" h z кг кг кг

G G G

Где м — расход материала, ч , в — расход воздуха, ч, с — расход сухой части материала, ч,

Кг

G L G

Вм — количество влаги в материале, ч , ce — — расход сухой части воздуха, п — количество влаги в

Кг

Воздухе, ч.

Расчетные соотношения, используемые при расчете статики сушки: Влагосодержание воздуха:

D = 1000 • ^ = 1000 •М v pv гвл

Ca Мa B — pv кг. сух. воздуха

Кг

С С і 3 3

Где v’ a- концентрации, соответственно, водяного пара и сухих газов в 1м газа (воздуха), м

Кг

‘ V a

Mv, M

— молярные массы, соответственно пара и газа, моль, В — барометрическое давление, Па,

Р — парциальное давление ненасыщенного пара, Па. Влажность материала на сухую массу:

TOC o "1-3" h z G G — G wm = • (100%) = ——— ^ • (100%) — (%)

G G кг. сух. материала

Влажность материала на общую массу:

GG wm о——— • (100%) =—————- вм———- (100%) — (%)

Gм Gc + Gm кг. влажного. материала

Формулы для пересчета влажности материала:

100 • wm о о 100 • wm кг. вл.

Wm =—- —, w = m

100 — w о 100 + wm кг. влажного. материала

Количество испаренной влаги:

G

^ ^ о

Ш м1 • wm1 Gм2 • wm 2 п wm1 — wm 2 п wm1 — wm 2 кг

W =————— = G м1——- = G м 2——- —

100 100 м1 100 + wm1 м 2 100 + wm 2 Ч

Для конвективной сушильной установки материальный баланс выглядит следующим образом.

Кг

D 2 — dj кг 1000 ч

LC,1 + G„1 + Gс + Gвмl = Lс. в 2 + Gu 2 + Gс + Gвм 2 —————————————————

Ч

Количество влаги, испаренной из материала в сушилке.

W = (^вм — G вм2 = G п2 — G„1 = Lc

Таким образом, для оценки материального баланса необходимы измерения влагосодержания материа­ла на входе и выходе из установки и расход материала на входе или выходе.

Для проверки измеренного материального баланса необходимы измерения влагосодержания воздуха на

В1 в2

Входе d° и выходе d’2 из сушильной камеры и расхода сушильного агента через сушилку. Поскольку испаренная влага изменяет расход сушильного агента, то расчеты материального и теплового балансов ведут с использованием расхода абсолютно сухого воздуха L.

GB G,

L = —

1 + Dn X10—3 1 + d2 X10—3

D — d 1000

Для экспериментального определения влагосодержания сушильного агента d 0’d 2 используют показа-

T с tм

Ния двух термометров («сухого» 2 и «мокрого» 2 на входе и выходе сушильной установки. По этим показаниям на H-d диаграмме находят d°’d2 (рис. 17).

H

Ф = 1

Рис. 17 Тепловой баланс калорифера составляют как по пару, так и по воздуху. В первом случае

D

Qn,= D х hn — k X hK — П X hn h h h

Где D, k, П — общий расход пара, конденсата и пролетного пара, п’ к’ п — соответственно энтальпии пара, конденсата и пролетного пара.

Очевидно k+n=D.

Значения энтальпий берут из таблиц водяного пара, однако, для этого необходимы измерения давле-

H = f (Ptn); К = f (tK); hn = f (P, t).

Ния и температуры:

Тепловой баланс по сушильному агенту:

Qe = Gei (c1t1 — c0t0)

Где С1’С0 — удельные теплоемкости воздуха при d(° и d(° . Предпочтительно тепловой баланс по воздуху записывать:

Qe = L( H1 — H 0)

Сухого воздуха.

H1, H 0

Энтальпии влажного воздуха на выходе и входе калорифера, отнесенные к одному кг

H = cBt + d X 10-3(r0 + cy)

Где

Где Св’Сп — удельные теплоемкости абсолютного сухого воздуха и водяного пара, Г<0 — скрытая тепло­та парообразования при 00С.

Измерения tc’tм на входе и выходе калорифера (рис. 18) позволяет установить герметичность кало­рифера (отсутствие перетечки пара в воздушное пространства) с помощью H-d диаграммы:

D0 = d1 d1) d.

Калорифер негерметичен.

0 1 при 17 (

Тепловой баланс сушильной установки [5,6]:

В общем виде тепловой баланс сушильной установки выглядит следующим образом:

Qn. e. + Qb + L0 • H0 + <^м2 • Cм1 • tм1 + W • свл •tм1 + Gтр1 • стр1 • tтр1 = L2 • H2 +

2 • Cм2 • tм2 + Gтр2 • стр2 • tтр2 + Q5

H

Рис. 18

Где индексы «0», «1», «2» — соответственно параметры перед подогревателем, после подогревателя пе­ред сушильной камерой, на выходе из сушилки.

D

Составные части теплового баланса: Приходная часть Q„.e. = (і — Hо )• Lo Теплота, переданная воздуху в подогревателе, Вт. Qd Теплота, дополнительно подведенная к воздуху в сушилке, Lo •H0 Теплота, вносимая воздухом, Вт. G 1 • c 1 • t 1 = G 2 • c 1 • t 1 + W • c Мі мі мі м2 мі мі ^ вл Теплота, вносимая влажным материалом, состоящая из с; риала и влаги, Вт . G трі С трі t трі Теплота, вносимая транспортными устройствами, Вт. Расходная часть L2 • H2 Потери теплоты с уходящим воздухом, Вт. Gм2 • cм2 • tм2 Потери теплоты с уходящим материалом, Вт. G 2 • с 2 • t 2 Тр 2 тр 2 тр 2 Потери теплоты с транспортными устройствами, Вт. Qs Потери теплоты в окружающую среду, Вт.

Принимается, что

L0 L2 L; ci c2 cc cimp c2mp c тр

Если отнеси все составляющие теплового баланса к количеству испаренной влаги W, то выражение

(іі) можно записать в следующем виде:

L Hi — H0 ) =l • (н2- H0)+qM + qmp + qs — сел • ^і — qd

Важными характеристиками сушильной установки являются удельный расход сушильного агента и удельный расход тепла на единицу массы испаренной влаги, соответственно:

Кг. возд.

, = L = 1

W z2 — z1 кг. исп. влаги

= L • (H i — H о) = , i — н о)

КДж

Q =

Кг. исп. влаги

W W VI0/

Таким образом для опытной проверки материального и теплового баланса сушильной установки необ­ходима инструментальная диагностика (рис. 19, табл. 5)

СА СМ СА Вода Рис. 19

Конденсат ^

ТО — калорифер, СК — сушильная камера, КК — камера кондиционирования, КО — конденсатоотводчик, ЭП — электропривод, СА — сушильный агент, СМ — сушимый материал

Таблица 5

№	Измеряемые величины и диапазоны измерения	Выбираемые измерительные приборы (типы)
1	Температура (+100 °С.+300 °С)	Контактный термометр КМ44
2	Давление ( )
3	Расход пара ( )	Вихревой расходомер
4	Температура (+100 °С… +120 °С)	Контактный термометр КМ44
5	Давление ( )	Манометр
6	Температура (0 °С… +30 °С)	Контактный термометр КМ44
7	Относительная влажность (30%…60%)	Измеритель влажности
8	Расход (скорость) воздуха (1 м3/с…10 м3/с)	Анемометр
9	Температура (+80 °С… +150 °С)	Контактный термометр КМ44
10	Относительная влажность	Измеритель влажности
11	Температура	Контактный термометр
12	Относительная влажность	Измеритель влажности
13	Расход вещества (масса)	Измеритель расхода
14	Температура	Контактный термометр
15	Относительная влажность	Измеритель влажности
16	Расход вещества (масса)	Измеритель расхода
17	Скорость оборотов	Тахометр
18	Параметры электропривода	Регистратор / анализатор
19	Температура	Контактный термометр
20	Расход воды	Ультразвуковой расходомер
21	Давление	Манометр

Проведенная инструментальная диагностика позволяет не только предложить энергосберегающие ме­роприятия, но и достаточно точно определить энергетический потенциал от их реализации.

Подробно возможные энергосберегающие мероприятия и их классификация изложены в [6].

В качестве примеров рассмотрим некоторые из возможных мероприятий.

Рациональное снижение давления греющего пара. Давление и температура греющего пара, подавае­мого в калорифер, как правило, выше требуемых по технологии. Использование для рационального снижения давления пара для отдельной технологической установки противодавленческих турбин типа Р не оправдано экономически. Появившиеся также противодавленческие паровые роторно-объемные машины (ПРОМ) обладают рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с турбинами Р, в настоя­щее время конструктивно недоработаны.

Использование для снижения давления РОУ и тем более РУ менее эффективно, чем применение паро­струйных эжекторов.

Достигаемая при этом экономия энергии определяется снижением на 10.20% расхода основного греющего пара восполняемого вторичным паром вскипания, снижением температуры возвращаемого конденсата (при повышении температуры конденсата и отсутствии баков сбора конденсата требуется дополнительное его захолаживание).

Рециркуляция сушильного агента. Наиболее очевидное энергосберегающее мероприятие в конвектив­ных сушильных установках связано с возвратом части уходящего сушильного агента в контур его цир­куляции (рециркуляция сушильного агента).

Возможные схемы приведены на рис. 20 а и б.

Существующее явление инверсии, интенсивности испарения при конвективной сушке, связанное с тем, что при температурах сушильного воздуха выше 180…2000С интенсивность испарения в воздух с по­вышенным влагосодержанием выше, чем в сухой, приводит к неоднозначным решениям по энергосбе­режению: при t > 180…2200С выгодна схема рис. 20 а, при t < 1800С выгодна схема рис.20 б с установ­кой дополнительного утилизационного рекуператора.

Управление неравномерностью сушки. К числу наиболее значимых энергосберегающих мероприятий относится, как правило, устранение неравномерности распределения параметров сушильного агента по поперечному сечению сушильной камеры [6].

Для оценки потенциала энергосбережения от такого мероприятия необходимы специфические допол­нительные инструментальные измерения эпюр температур и скорости сушильного агента.

1

2

1-подогреватель сушильного агента

2-сушильная камера;

3-линия рециркуляции;

4-камера смешения.

4

А

1- подогреватель сушильного агента;

2- сушильная камера;

3- линия рециркуляции;

4- камера смешения;

5- рекуператор.

Б

Рис.20