Скороварка сушка перегретым паром как в котельной

Высокотемпературная сушка в среде перегретого пара

Высокотемпературные режимы сушки лиственницы в перегретом паре разработаны в СибТИ. Были изучены температурные и влажностные поля, велось наблюдение за изменением цвета древесины, физико-механических характеристик, появлением дефектов сушки.

Во время прогрева температура в камере должна повышаться с расчетом, чтобы разница между t_c и t_м не превышала 3° С. Если эта разница будет больше, в камеру через увлажнительные трубы впускается насыщенный пар. После прогрева материала до 98-100°С температуру агента сушки регулируют до заданной режимом. Резко поднимать температуру агента сушки не рекомендуется, так как в этот период могут появиться пластевые трещины. Особенно опасно резкое повышение температуры, если в камеру загружены доски толщиной 50-60 мм.

Высокотемпературная сушка древесины осуществляется в герметичных камерах как периодического, так и непрерывного действия. Однако для сушки лиственницы предпочтительнее камеры периодического действия, обладающие большей гибкостью регулирования и обеспечивающие необходимую термовлагообработку. Сушка по разработанным режимам значительно сокращает продолжительность процесса по сравнению с продолжительностью по нормативным режимам.

В связи с ускорением сушки экономится тепло за счет уменьшения потерь через ограждения камер, уменьшается расход электроэнергии. По предварительным подсчетам экономия тепла и электроэнергии составят 20-30%.

Положительные стороны высокотемпературной сушки лиственичных пиломатериалов позволяют рекомендовать их для применения в случаях, когда от пиломатериалов не требуется полной (100%-ной) прочности и некоторое потемнение древесины не ограничивает их использование.

Для правильного понимания изменений, происходящих при высокотемпературной сушке, интересные исследования в СибТИ проведены по изучению влияния высоких температур как на показатели прочности, так и на химический состав древесины. Для исследования были отобраны опытные деревья и пробы по сечению и длине бревна.

Пробы для испытаний отбирались через 12, 24, 48, 72 и 96 ч сушки. Прочность образцов высокотемпературной сушки сравнивалась с прочностью контрольных образцов.

В результате сравнения обнаружена закономерность снижения показателей прочности при всех видах испытаний в начальный период сушки. Это происходит примерно в течение первых суток, когда в древесине имеется свободная влага. После этого периода снижение прочности замедляется, особенно при статическом изгибе и сжатии вдоль волокон.

Показатели прочности при растяжении поперек волокон в радиальном направлении и при скалывании вдоль волокон в тангенциальном направлении продолжают интенсивно снижаться практически на протяжении всего процесса сушки. Такая же закономерность наблюдается и при сушке сосны.

Химический анализ древесины, подвергнутый высокотемпературной сушке, проводился общепринятыми методами, позволяющими раздельно определять абсолютное содержание пентозанов, целлюлозы, лигнина и веществ, экстрагируемых эфиром и горячей водой.

Для получения достоверных данных для каждой пробы проводилось параллельно два анализа, пробы для химического анализа отбирались из центральных и периферийных слоев доски.

Сравнивая первоначальный состав древесины (атмосферная сушка) с составом древесины, подвергнутой высокотемпературной сушке, видим, что во всех случаях произошло количественное изменение компонентов, содержащихся в древесине. При этом более заметное изменение компонентов произошло в центральных зонах доски, где дольше, по сравнению с наружной зоной, сохраняется свободная влага. Снизилось содержание пентозанов и целлюлозы — основных компонентов, от которых зависят механические свойства древесины. Особенно заметно уменьшение пентозанов, влиянию которых на механическую прочность древесины придается первостепенное значение. В отдельных случаях снижение содержания пентозанов достигало 30%, а целлюлозы — 12%. Это не значит, конечно, что прочность древесины должна снизиться на величину, соответствующую приведенным цифровым данным. Однако результаты химического анализа показывают, что количество пентозанов в древесине уменьшается с увеличением продолжительности температурного воздействия. Содержание целлюлозы сначала уменьшается, затем постепенно возрастает и к концу сушки почти восстанавливается.

Если изменение содержания пентозанов в процентах в зависимости от продолжительности сушки показать в виде кривой, то по характеру кривая будет близка кривой изменения механических свойств древесины. Это указывает на зависимость показателей прочности древесины от содержания в ней пентозанов.

Количество пентозанов и целлюлозы в пробах из центральной зоны доски меньше, чем в пробах из наружной зоны доски. Исключение составляет несколько проб, которые существенного влияния на общую закономерность не оказывают. Однако уменьшение количества пентозанов и целлюлозы свидетельствуют о снижении прочности древесины. Значит, внутренние слои досок после высокотемпературной сушки оказываются слабее наружных. Хотя по абсолютной величине снижение прочности внутренних слоев по сравнению с наружными может быть совершенно незначительным, сам факт свидетельствует о большем влиянии температуры на влажную древесину, чем на подсушенную.

Выполненные исследования дают количественные выражения степени снижения прочности древесины и показывают, что особенно заметно влияние температуры на сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон и растяжению поперек волокон. Полученные данные позволяют решать, в каких случаях целесообразно применять экономичные высокотемпературные режимы сушки, а в каких случаях нужно переходить на нормативные или форсированные режимы.

Градиенты влажности в досках после окончания высокотемпературной сушки очень велики. Отсутствие наружных трещин в пиломатериалах, очевидно, связано с повышением пластичности древесных волокон в период высокой температуры и с некоторым уменьшением величины усушки в досках после сушки.

Из-за значительного снижения прочности древесины лиственницы при скалывании вдоль волокон и растяжении вдоль волокон высокотемпературные режимы сушки могут быть применены только для тонких пиломатериалов, и то при условии, что снижение допускается на 10-15%.

Проведенные в СибТИ по заданию СвердНИИПДрев работы подтвердили, что после сушки доски и заготовки из лиственницы в естественных условиях переменной влажности изменяют свои размеры и тем больше, чем выше была конечная влажность древесины. Увеличенный перепад влажности по толщине досок ведет к более длительному периоду выдержки древесины до наступления стабилизации. Термовлагообработка практически снимает внутренние напряжения, и коробления досок не наблюдается.

Были опробованы режимы, в которых первые ступени имеют нормальную, а последняя — высокую температуру. На прочность древесины такой режим заметного влияния не оказал, в то же время гигроскопичность древесины понизилась, формоизменяемость изделий уменьшилась, срок сушки пиломатериалов разных толщин сократился в 1,5-2 раза.

Скороварка сушка перегретым паром как в котельной

Несколько дней назад на пикабу был пост http://pikabu.ru/story/travma_ot_zhidkosti_pod_davleniem_410. про жидкость и высокое давление. В комментариях я упоминул, так же, перегретый пар и тема вызвала некоторый интерес, поэтому я решил поподробней рассказать про пар и перегретый пар.

Итак, все прекрасно знают и понимают, что такое пар — это состояние воды при температуре 100 градусов и атмосферном давлении. Если вы не прогуливали физику в школе, то должны помнить, что при увеличении давления, растет температура кипения воды. И наоборот — при понижении давления температура кипения воды снижается. Зависимость температуры кипения от давления давно изучена, рассчитана и занесена в справочники — т.н. таблицы состояния воды и водяного пара, а так же эту зависимость можно отследить на диаграмме. Вот небольшой ее фрагмент:

Нас интересуют линии трех цветов на диаграмме. Синяя линия — это давление. Зеленая — температура. А жирная розовая линия — это степень сухости, т.е. линия насыщения. В точке пересечения зеленой и синей линий с розовой можно определить параметры, при которых вода закипит. Все пространство под жирной линией — обычная вода. Все, что на линии — пар. Все, что выше этой линии — уже перегретый пар.

Таким образом при давлении 1 бар получаем температуру кипения 100 градусов:

При давлении, например 0,12 бар, имеем температуру кипения 50 градусов. А при давлении 10 бар имеем температуру кипения 180 градусов:

Это, немного нудное введение, помогает понять, что в зависимости от параметров, состояние и характеристика самого пара могут меняться. Пар при температуре насыщения мы прекрасно видим, знаем что он очень горячий и от него нужно держаться подальше. Но при перегреве, он (пар) становится невидимым и представляет огромную опасность для человека. @Skywrtr вот наглядный пример из детской передачи:

В упомянутом выше посте, я говорил о том, что если на производстве вдруг происходит утечка перегретого пара в относительной близости от вас, а вы все еще живы, то лучше повременить с бегством, потому что можно попасть под воздействие той самой невидимой струи. Конечно, это в том случае, если утечка не велика, например где-то выдавило прокладку. В противном случае, при нахождении в непосредственной близости, вам уже вряд ли помогут:

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Получение перегретого пара из сухого насыщенного осуществляется в пароперегревателе. Промышленные паровые котлы в основном вырабатывают насыщенный или слабоперегретый пар. В энергетических котлах необходимо вырабатывать пар с высоким перегревом, так как это повышает его энтальпию и соответственно термический КПД паросилового цикла.  [2]

Получение перегретого пара IB котлах осуществляется за счет пароперегревателей. Расположение их в зоне высоких температур котла позволяет уменьшить поверхность нагрева пароперегревателя и получить более стабильную характеристику его работы — зависимость изменения температуры лара от нагрузки котла. Однако такое их расположение приводит к возможности выхода из строя отдельных трубок пароперегревателя при нарушении режима эксплуатации.  [3]

Для получения перегретого пара в схему паросиловой установки должен быть введен еще один элемент — пароперегреватель.  [4]

При получении перегретого пара возрастает теплонапряженность конструкции парогенератора. Все это приводит к неоправданным дополнительным расходам.  [5]

С целью получения перегретого пара его пропускают через пароперегреватель — медный змеевик, помещенный в нагретую до нужной температуры масляную баню. Перегонную колбу также как можно глубже погружают в жидкостную баню, которую нагревают на несколько градусов выше температуры пара. Подавать пар в необогреваемую колбу не имеет смысла: он неизбежно остынет и перегонки с перегретым паром не получится.  [6]

При необходимости получения перегретого пара применяют пароперегреватели, которые устанавливают в первом газоходе ( после второго или третьего ряда кипятильных труб); в этом случае часть кипятильных труб не устанавливается. Входные концы змеевиков пароперегревателя ввальцовываются в верхнем барабане, а выходные привариваются к камере ( коллектору) пере-гр етого пара.  [7]

Различие схем получения перегретого пара заключается в принципе работы испарительных ( парообразующих) поверхностей нагрева, который послужил основой наименования типов парогенераторов.  [9]

При необходимости получения перегретого пара в котле КРШ производительностью 4 т пара в час устанавливается пароперегреватель. Пароперегреватель устанавливают за счет уменьшения количества труб кипятильного пучка.  [10]

Таким образом, получение перегретого пара состоит из грех последовательных процессов; а) подогрев воды до температуры кипения; б) парообразование; в) перегрев сухого насыщенного пара. Эги три процесса наблюдаются и в паровом котле: подогрев воды происходит в экономайзере котла, парообразование — в котле, пароперегрев — в специальном змеевиковом теплообменнике-пароперегревателе.  [11]

Рассмотрим изохорный процесс получения перегретого пара из влажного насыщенного.  [12]

Рассмотрим изотермический процесс получения перегретого пара из влажного насыщенного. На пересечении параметров рг и xt определяем на диаграмме точку /, характеризующую начало процесса, по линии Т; const пар становится перегретым и характеризуется на диаграмме точкой 2, которая находится на пересечении изотермы / — 2 с линией заданного конечного давления в области перегретого пара.  [14]

Типы паровых сушильных установок древесины

Паровые камеры — это те же газовые, но агентом сушки в них является воздух, а не топочный газ, а теплоносителем — водяной пар.

Конструктивно паровые и газовые камеры различаются тем, что газовые имеют помещения для топок и газоходы, а паровые не имеют их. Эти установки отличаются только сушильными камерами, а планировка других помещений почти одна и та же.

Паровая сушильная камера работает следующим образом. В паровую камеру на трековой тележке помещают один или несколько штабелей пиломатериала, размеры примерно (L = 6,5 м, В = 1,8 м, H = 2,6 м). После закрытия всех проемов в камере начинается процесс сушки, т. е. в калориферы подается водяной пар, через увлажнительные трубы регулируется влажность в камере, и для создания циркуляционного движения агента сушки включают систему вентиляции.

Весь процесс проводится по заранее заданному технологическому режиму сушки.

Основным оборудованием паровой сушильной камеры является паровентиляторное оборудование, которое состоит из калориферов, увлажнительных труб, вентиляторов и эжекторов.

Калориферы. Калорифер — теплообменный аппарат, предназначенный для передачи тепла от теплоносителя (пара) к сушильному агенту (воздуху). Паровой калорифер представляет собой замкнутую систему сообщающихся металлических паропроводов. Снаружи эта система омывается циркулирующим сушильным агентом, а изнутри обогревается паром, поступающим в нее из парового котла. В сушильных установках применяются калориферы двух конструктивных типов: внутренние калориферы, монтируемые непосредственно в камерах из стандартных труб (преимущественно в сушилках периодического действия) и выносные или компактные калориферы заводского изготовления, устанавливаемые не в сушильном пространстве, а в специальных воздуховодах (преимущественно в сушилках непрерывного действия).

Для внутренних калориферов чаще всего используются чугунные ребристые трубы с фланцевым соединением, реже — гладкие стальные, так называемые резьбовые трубы.

Компактные калориферы (радиаторы) имеют различные конструктивные формы и размеры. Наиболее распространены пластинчатые калориферы, конструкция и размеры которых стандартизованы. Преимуществом таких калориферов является сравнительно большая поверхность их нагрева при малом габаритном объеме.

Вентиляторы. В сушильных установках вентиляторы используются для создания принудительной циркуляции воздуха, т. е. его движения внутри сушилки. По принципу действия вентиляторы разделяются на два класса: центробежные и осевые.

В центробежных вентиляторах перемещение воздуха осуществляется под действием центробежной силы. Внутри улиткообразного кожуха вращается колесо (ротор) с радиально насаженными на него лопатами. Воздух через всасывающий патрубок попадает в середину ротора, отбрасывается центробежной силой в пространство между ротором и криволинейной стенкой кожуха и выбрасывается через выхлопной патрубок в направляющий воздуховод.

Винтовые или осевые вентиляторы работают по принципу воздушного винта. Ротор вентилятора состоит из лопастей определенного профиля, насаженных на ступицу под некоторым углом к плоскости ее вращения. Воздух перемещается в направлении оси вращения ротора. Привод как центробежных, так и осевых вентиляторов осуществляется электродвигателем, посаженным через муфту непосредственно на вал ротора или через шкив при помощи ременной передачи.

В деревообрабатывающей промышленности применяется много типов паровых сушильных установок. Представлена схема классификации паровых сушилок. Рассмотрим некоторые из них.

В сушильной камере ЦНИИМОД-25 непрерывного действия с принудительной продольной циркуляцией воздуха с одного конца (сырого) производится загрузка новой порции материала, а с другого (сухого) — выгружается высушенная часть материала.

Конструктивная схема камеры ЦНИИМОД-25. Сушильная камера представляет собой помещение шириной 2 м и длиной около 35 м, разделенное горизонтальным экраном на две части нижнюю и верхнюю. Последняя образует циркуляционный канал, в котором со стороны сырого (загрузочного) конца установлен осевой вентилятор и размещены ребристые трубы калорифера и увлажнительная труба. В нижней части в один ряд помещаются пять штабелей древесины для сушки.

Камера работает следующим образом. Вентилятор нагнетает воздух в циркуляционный канал в сторону сухого (разгрузочного) конца. Пройдя через калорифер он нагревается и, доходя до конца циркуляционного канала, поворачивает в сушильное пространство. Затем движется в обратном направлении к сырому концу, омывая все штабеля. Далее процесс движения воздуха повторяется.

Воздухообмен камеры с атмосферой осуществляется через приточное отверстие в перекрытии циркуляционного канала перед вентилятором и вытяжные трубы, установленные над перекрытиями после вентилятора. В процессе сушки, по мере выгрузки высушенного материала через проем сухого конца, штабель периодически перемещается на новые места (на схеме — вправо), попадая каждый раз в среду с более высокой температурой и низкой влажностью. На штабель, примыкающий к двери сухого конца, т. е. стоящий на очереди к выгрузке, действует воздух с максимальной температурой и минимальной влажностью.

Описанная камера наиболее производительная и встречается на крупных деревообделочных предприятиях, где перерабатывается большое количество пиломатериала. С точки зрения пожарной безопасности она менее опасна, чем другие камеры с нижним расположением калориферов, как, например, сушильная камера системы Грум-Гржимайло.

Камера состоит из сушильного пространства, куда через двери закатываются штабели, и подвала, в котором размещен калорифер из ребристых труб, увлажнительные трубы, а также приточные и вытяжные каналы. Сушильное пространство отделено от подвала решетчатым полом. В процессе сушки древесины древесные отходы падают через решетку на трубы калориферов, что небезопасно в пожарном отношении.

Наиболее эффективными являются эжекционные сушильные камеры с внутренними вентиляторами и калориферами, которые без уменьшения объема воздуха, циркулирующего в камере, позволяют в 3—6 раз сократить количество воздуха, проходящего через вентилятор. В этом их основное преимущество над другими типами камер. Кроме того, эжекционные сушильные камеры проще по устройству и дешевле, чем, например, камеры с внутренними осевыми вентиляторами.

В лесосушильных устройствах в качестве эжекторов применяются конические насадки (сопла). Подсос эжектируемого воздуха происходит за счет энергии воздушной струи первичного (эжектирующего) воздуха, выбрасываемого насадкой с большой скоростью.

Недостатком эжекционных камер является повышенный расход электроэнергии на привод вентилятора. На перерасход энергии особенно влияют неправильная установка и неверный расчет эжекционных устройств.

Схема работы эжекциониой сушилки с внутренним калорифером. Засасываемый вентилятором свежий воздух смешивается с отработавшим (рециркулирующим) воздухом, образуя смесь. Часть смеси идет на выхлоп. Затем смесь, нагнетаемая вентилятором, выходит из насадок (эжектора), еще раз смешивается с рециркулирующим воздухом и образует смесь. Последняя, проходя через калорифер, нагревается до требуемой по режиму температуры и подводится к высушиваемому штабелю.

Эжекционно-реверсивные камеры являются основным типом паровых камер периодического действия. Они просты по конструкции и надежны в работе.

На деревообрабатывающих предприятиях чаще всего применяются паровые эжекционно-реверсивные сушильные камеры ЦНИИМОД и камеры конструкции ЛТА (Лесотехнической академии).

Эжекционно-реверсивные сушильные камеры имеют боковое расположение калориферов, что опасно в пожарном отношении, так как сгораемые отходы попадают на горячие поверхности труб и при благоприятных условиях могут воспламениться.

Камеры, действующие перегретым паром. В последнее время советские и иностранные специалисты разрабатывают новые способы сушки пиломатериалов, где сушильным агентом является не воздух, а перегретый пар.

Сушка в среде перегретого пара является основным направлением интенсификации сушки пиломатериалов. В воздушной среде интенсивная сушка пиломатериалов возможна только тогда, когда воздух находится в очень сухом состоянии и температура влажной древесины не превышает 70°, если даже температура окружающего воздуха достигает 120°. При нагреве до такой температуры в древесине от чрезмерных внутренних напряжений, вызванных неравномерностью усадки в процессе интенсивной сушки, возникают трещины и искривления.

Высокий нагрев древесины (до 90°) производится при сушке в среде влажного воздуха. В этих условиях древесина более пластична, но процесс сушки протекает очень медленно, причем таким способом вообще нельзя высушить древесину с влажностью ниже 15—20%. Поэтому этот способ и не применяется на практике.

При сушке древесины перегретым водяным паром и при атмосферном давлении (без присутствия воздуха) влажная древесина нагревается до температуры 100° и более. Древесина, нагретая до 100° (и выше), становится достаточно пластичной и легко воспринимает усадку в процессе быстрой сушки. Поэтому качество древесины, высушенной в среде перегретого водяного пара, хорошее.

При температуре древесины 100° и выше происходит кипение влаги вместо обычного испарения, вследствие чего процесс парообразования (т. е. сушки) идет гораздо быстрее.

Учитывая большую скорость процесса высокотемпературной сушки пиломатериалов в среде перегретого водяного пара, управление этим процессом автоматизируется.

Существуют различные типы сушильных камер в среде перегретого пара. Например, камера для сушки пиломатериалов перегретым паром «Латгипропром».

Ограждающие конструкции камер проектируются с таким расчетом, чтобы обеспечить герметичность и возможность функционирования камер при значительных температурных колебаниях (от 10 до +125°) и высокой влажности. Монолитная железобетонная коробка каждой из камер выполняется из гидротехнического бетона М-150 с утеплением минераловатными плитами и отделяется от наружных кирпичных стен воздушной прослойкой.

Внутренние поверхности бетона железнятся цементным раствором. Высохшая поверхность грунтуется битумом, растворенным в бензине (25% битума и 75% бензина). При производстве грунтовочных работ должны строго соблюдаться правила пожарной безопасности, так как пары бензина в смеси с воздухом образуют взрывоопасную смесь, способную к взрыву.

Ворота камер металлические навесные герметические и утепленные. Полы бетонные.

Сушильная камера «Гипролеспром» металлическая. Стены и потолок ее утеплены стеклянной ватой. Камера герметична и рассчитана на избыточное давление (150 кг/м 2 ). Двери камеры автоклавного типа. Камера собирается из отдельных элементов, изготовляемых централизованно (серийно) на специализированном механическом заводе.

Интенсифицированная сушка пиломатериалов перегретым паром имеет следующие преимущества.

1. Удельные затраты тепла при сушке перегретым паром по сравнению с сушкой воздухом значительно меньше, так как отпадает необходимость нагрева воздуха. Теплопотери через ограждения также уменьшаются, так как сокращаются сроки сушки.

2. Перегретый пар, отводимый из камер, можно использовать для паротушения, нагревания воды, отопления и т. д.

3. Применение для сушки древесины дымовых газов и воздуха при повышенных температурах и незначительном насыщении водяными парами связано с возможностью возникновения пожара. При сушке древесины перегретым паром горение в камере не происходит, так как сушильная камера насыщена водяным паром, и в ней отсутствует воздух. Горение в камере возможно только до и после процесса сушки.

Наличие водяного пара в качестве агента сушки позволяет иметь эффективное средство тушения пожара — паротушение.

4. При сушке перегретым паром коэффициенты теплопередачи от калориферов к агенту сушки и дальше к высушиваемым пиломатериалам будут больше, следовательно, поверхность нагрева калориферов будет меньше, чем при сушке воздухом или дымовыми газами.

5. Теплоемкость перегретого пара почти в 2 раза выше теплоемкости воздуха при малой относительной насыщенности. Поэтому для переноса одного и того же количества тепла перегретого пара требуется (по весу) приблизительно в 2 раза меньше, чем воздуха. Осуществление принудительной циркуляции перегретого пара в сушильных камерах потребует меньших затрат механической или электрической энергии и будет дешевле, чем в воздушных и газовых сушильных камерах.

В связи с сокращением сроков сушки удельный расход электроэнергии также будет меньше, чем в камерах, у которых агентом сушки являются дымовые газы или воздух.

Уменьшение расхода электрической или механической энергии несколько снижает пожарную опасность сушилок, так как уменьшается количество трущихся частей, электроприборов и оборудования.

3.11.3.4. Перегретый пар

Перегретый пар представляет собой пар, нагретый до температуры, превышающей температуру насыщения (точку кипения воды) при данном давлении. Перегретый пар не может находиться в контакте с водой и всегда является сухим; его поведение сходно с поведением обычного газа. Перегретый пар может использоваться в качестве сушильного агента вместо горячего воздуха в любых конвективных сушилках, например, барабанных, распылительных, с кипящим и фонтанирующим слоем и т.д.

При использовании перегретого пара лимитирующим фактором является только теплопередача, но не перенос вещества (воды). Это обеспечивает лучшую кинетику сушки. Сушилки, использующие перегретый пар, имеют меньший размер и характеризуются меньшими потерями тепла. Более того, энергия (скрытое тепло), содержащаяся в отводимой от материала воде, может быть легко утилизирована при помощи механической рекомпрессии пара (МРП) или использована в другом процессе, что способствует повышению энергоэффективности.

Перегретый пар является более удобным сушильным агентом при удалении летучих органических соединений (ЛОС) вследствие меньшего объема отходящих газов. Органические соединения могут быть легко регенерированы.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

Материалы, чувствительные к температуре, могут пострадать от чрезмерного нагрева.

Энергопотребление при сушке перегретым паром составляет 670 кВт·ч на тонну испаряемой воды в отсутствие утилизации тепла и 170–340 кВт·ч/т при использовании утилизации тепла (например, МРП).

Использование перегретого пара облегчает управление процессом, поскольку конечное содержание влаги в продукции и кинетика сушки могут регулироваться при помощи температуры пара. Исключение из процесса воздуха снижает риски воспламенения и взрыва.

Любая конвективная сушилка может быть переоборудована для использования перегретого пара в качестве сушильного агента. Должны быть проведены испытания для того, чтобы убедиться в надлежащем качестве сушки; кроме того, необходимы экономические расчеты.

Как правило, объем необходимых инвестиций выше, особенно при использовании МРП для утилизации энергии.

Основным мотивом внедрения является энергосбережение. Во многих случаях сообщается и о повышении качества продукции, в особенности, в агропищевом секторе (более естественный цвет продуктов, меньшая окисленность и т.п.).

• предприятие Sucrerie Lesaffre (Нанжи, Франция): сушка свекловичного жома перегретым паром;

• возможные применения: сушка шламов, свекловичного жома, люцерны, детергентов, технической керамики, древесного топлива и т.д.

3.11.3.5. Утилизация тепла в процессах сушки

Поскольку сушка является высокотемпературным процессом, с ней, как правило, связан потенциал утилизации отходящего тепла:

• либо непосредственно, при использовании горячего воздуха в качестве сушильного агента при конвективной сушке: смешивание отходящего воздуха со свежим воздухом перед горелкой или, в случае значительного содержания примесей (пыли, влаги и т.д.) в отходящем воздухе, использование теплообменника (см. раздел 3.3.1.) для предварительного подогрева высушиваемого материала или сушильного агента;

• либо косвенным образом, посредством механической рекомпрессии отходящего пара (см. раздел 3.3.2), в особенности, если сушильным агентом является перегретый пар (см.

В данном разделе рассматривается только «непосредственная» утилизация тепла.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

Предварительный подогрев поступающего в горелку воздуха за счет утилизации тепла может нарушить процесс сушки, влияя на такие параметры, как температура и содержание влаги. При утилизации тепла без теплообменника возможно загрязнение. Может потребоваться регулирование процесса для обеспечения требуемой температуры сушки.

• объемы энергосбережения оказываются больше при низкой температуре наружного воздуха (например, в зимний период);

• следует ожидать энергосбережения в объеме, как минимум, 5%.

Данный метод может применяться практически с любыми системами непрерывной конвективной сушки, использующими горячий воздух (туннельные и барабанные сушилки, конвейерные печи и т.д.). Следует уделить внимание регулировке горелки и подбору оптимальных параметров различных компонентов: вентилятора, труб (диаметр), регулирующих клапанов и теплообменника (если таковой используется). Теплообменные поверхности должны быть выполнены из нержавеющей стали. Дымовые газы от сжигания мазута, если таковые используются для сушки, содержат серу и SO 2 , конденсация которых может привести к повреждению теплообменника.

Период окупаемости может существенно варьировать в зависимости от стоимости энергии, мощности сушилки и времени ее работы. При расчетах всегда полезно рассмотреть сценарий, предполагающий рост цен на энергоносители.

Энергосбережение и соответствующее сокращение затрат.

Сушка свекловичного жома (Камбрэ, Франция): утилизация тепла отходящих газов.

3.11.3.6. Выпаривание в сочетании с механической рекомпрессией пара или тепловым насосом

Концентрирование посредством выпаривания в сочетании в МРП (механической рекомпрессией пара) или тепловым насосом является эффективным методом обращения со сточными водами. В частности, этот подход позволяет с относительно небольшими затратами существенно снизить объем направляемых на очистку сточных вод, одновременно обеспечив регенерацию воды для дальнейшего использования.

Для испарения тонны воды требуется 700–800 кВт·ч энергии. Эту величину можно снизить, используя различные методы утилизации тепла, включая тепловые насосы, механическую рекомпрессию пара (МРП) (см. раздел 3.3.2) и многоцелевые выпарные установки с термокомпрессией вторичного пара.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

Концентрирование потоков сточных вод может потребовать изменения методов очистки сточных вод и обращения с ними (например, может оказаться невозможным сброс в водные объекты).

Удельное энергопотребление для нескольких типов испарителей представлено в табл. 3.29.

О сушке перегретым паром

Сушка паром — это метод сушки, при котором сушка происходит при непосредственном контакте высушиваемого продукта с перегретым паром. Перегретый пар охлаждается, а переданное тепло используется для выпаривания воды из продукта. Перегретый пар становится насыщенным, рециркулируется и повторно нагревается в замкнутом контуре, в то время как влага, полученная в результате испарения воды, отводится из сушильной камеры. Таким образом, испаренная вода становится доступной в виде (слегка перегретого) пара, который можно использовать, например, в качестве вспомогательного средства для многоступенчатой ​​выпарной установки.

Сушка паром представляет собой конвективную сушку, при которой постоянные газы, обычно используемые при конвективной сушке (т. е. воздух и азот), заменяются паром. Таким образом, в принципе можно использовать те же конвективные осушители, что и для воздуха и азота. До настоящего времени для сушки паром использовались следующие типы сушилок: сушилка с псевдоожиженным слоем, вихревая сушилка и распылительная сушилка.

Область применения и примеры сушеных продуктов

Сушка перегретым паром — метод разделения с большими потенциальными преимуществами в отношении энергосбережения, сокращения выбросов, предотвращения пожаров и взрывов, а также качества продукции. Экономия энергии часто имеет решающее значение для применимости метода, поскольку инвестиции довольно высоки. Большинство промышленных паровых осушителей работают при давлении выше атмосферного. Большинство промышленных осушителей также работают непрерывно, так как необходимо испарять большие потоки воды. С помощью этого метода разделения можно также испарять органические растворители. Если растворитель не смешивается с водой, то можно применять перегонку с водяным паром.

Примерами сушки перегретым паром являются следующие продукты: жом сахарной свеклы и сухая спиртовая барда.

Для бережной сушки используется вакуумная сушка перегретым паром. В таком случае, тепло подводится к высушиваемому сырью перегретым парам в условиях давления ниже атмосферного и при температуре ниже 100°С. Это позволяет получать продукты высокого качества.

Что такое насыщенный и перегретый пар

Термины насыщенный пар и перегретый пар относятся к термодинамическому состоянию воды. Вода и пар являются средами, используемыми для теплообмена в котловых установках благодаря своей доступности и высокой теплоемкости. Особенно эффективно передавать тепло посредством испарения и конденсации воды, которая обладает большой скрытой теплоты испарения.

Насыщенный пар (НП) и перегретый пар (ПП) относятся к определенному давлению среды. Первый НП может существовать во влажном и сухом состоянии, а перегретый ПП – только в сухом, поскольку не может содержать в своем составе частиц воды.

Чаще всего эти понятия применяются в теплоэнергетике, для расчета термодинамических циклов в контуре парового котла и в паровых турбинах, генерирующих электрическую энергию на ТЭЦ, ТЭС, ГРЭС и АЭС.

Что такое насыщенный пар

Водяной пар, пребывающий в термодинамическом равновесии с котловой водой, является насыщенным. Это формулировка дает понимание того, что давление насыщенного пара при температуре может иметь только одно значение

В котлоагрегатах парообразование протекает при постоянном давлении и подводе тепла к котловой воде от уходящих газов. Этот процесс базируется на следующих последовательных стадиях: подпитка котла водой, подогрев ее до температуры точки насыщения, и образование сухого насыщенного пара, когда вся жидкость испаряется из него.

В паровых котлах питательная вода, пройдя через экономайзер, попадает в барабан. Из него более холодные потоки под воздействием силы тяжести опускаются по необогреваемым трубам, а поднимаются по подъёмным топочным экранам обогреваемые более горячими дымовыми газами.

Здесь начинается процесс парообразования, поскольку температура воды достигает значения точки насыщения при рабочем давлении в котлоагрегате.

Плотность пароводяной смеси в экранных пакетах уменьшается и становится ниже плотности воды в опускных трубах, что создает напор для движения пароводяной смеси по экранам в барабан, где смесь сепарируется на воду и пар.

В закрытой поверхности нагрева при не меняющейся температуре в точке насыщения устанавливается термодинамическое равновесие между котловой водой и водяным паром. Число молекул пара, выделяющихся из поверхности воды за определенное время, будет равняться числу молекул сконденсированного пара, которые перейдут обратно в воду в барабане котла.

Давление насыщенного пара

Давление насыщения в котле зависит от температуры котловой воды в равновесном термодинамическом состоянии. При росте давления, пар сжимается и баланс нарушается. Плотность пара первоначально несколько возрастает, и из паровой среды в котловую воду будет переходить больше молекул конденсата, чем наоборот.

Поскольку количество молекул, переходящих из воды в единицу времени связано исключительно с температурой, то сжатие паровой среды не будет влиять на изменение этого числа.

Процесс будет протекать пока не возникнет термодинамическое равновесие, а следовательно, и концентрация возвращающихся молекул не достигнет первоначального уровня. Таким образом, Тнп напрямую зависит от давления насыщения в котле.

Таблица насыщенного пара

Характеристики сухого НП, приводятся в Таблице водяного пара. В ней указывают Т (С), при точке кипения котловой воды и давление (кПа и мм. рт.ст.) при которой этот процесс протекает.

Дополнительно в таблице могут указываться и другие параметры пара:

• eдельный объем, м3/кг;
• плотность, кг/м3;
• удельная энтальпия, кДж/кг
• удельная теплота парообразования, кДж/кг.

Плотность насыщенного пара

Плотность НП определяют по формуле.

D st = 216,49 * P / (Z st * (t + 273))

• D st — плотность насыщенного пара в кг / м3;
• P- абсолютное давление пара в барах;
• t — температура в градусах Цельсия;
• Z st — коэффициент сжимаемости насыщенного пара при Р и t.

В этом уравнении символ «Z st» обозначает коэффициент сжимаемости насыщенного пара при абсолютной величине давления насыщенного водяного пара P, бар. Это удобное уравнение действительно для диапазона давления пара от 0,012 до 165 бар, с соответствующим диапазоном температур насыщения от 10 до 360 С.

Влажность насыщенного пара

Когда котлоагрегат нагревает воду, пузырьки, прорывающиеся через слой воды, захватываются паром. Влажный пар определяется как пар, в котором вода присутствует в виде микрокапель паров воды. В этом случае соотношение может составлять от 0 до 1. Если пар имеет 20 % воды по объему — он считается сухим на 80% или имеет долю сухости 0,8.

Таблицы НП содержит значения, такие как температура, энтальпия и удельный объем для сухого НП, но не для влажного. Для того чтобы их определить потребуется воспользоваться формулами, учитывая соотношение двух сред:

Удельный объем (v) мокрого пара

v = X * v g + (1 — X) * v f

• X = сухость (% / 100);
• v f = удельный объем жидкости;
• v g = удельный объем НП.

Удельная энтальпия пара сухостью Х:

h = h f + X * h fg

• X = сухость (%);
• h f = удельная энтальпия жидкости;
• h fg = удельная энтальпия НП.

Чем влажнее пар, тем ниже значения удельного объема, теплосодержание, энтальпия и энтропия. Таким образом сухость пара оказывает существенное влияние на все эти значения.

Задачей теплоэнергетиков является организация процессов парообразования в котле с сухостью 100%. Для этого в барабанах котлов устанавливают специальные сепарационные устройства, отделяющие пар от воды.

Перегретый пар

Перегретый пар — это пар с температурой, превышающей его температуру кипения при абсолютном давлении, при котором проводились измерение температуры. Давление и температура перегретого пара не зависят друг от друга, поскольку температура может увеличиваться, в то время как давление остается постоянным.

Процесс перегрева водяного пара на диаграмме Ts представлен на рисунке между состоянием E и кривой насыщенного пара. Чтобы оценить тепловую эффективность цикла, энтальпия должна быть получена из таблиц перегретого пара.

Процесс перегрева — единственный способ увеличить пиковую температуру цикла Ренкина и повысить эффективность без увеличения давления в котле. Это требует добавления в конструкцию котла особого теплообменника, называемого пароперегревателем.

В пароперегревателе дальнейший нагрев при фиксированном давлении приводит к увеличению, как температуры, так и удельного объема. Наибольшее значение перегретого пара заключается в его огромной внутренней энергии, которая может быть использована для кинетической реакции для движения лопастей турбины, создающих вращательное движение вала.

Температура перегретого пара

Характеристики перегретого пара (ПП) аналогичны идеальному газу, но не равны насыщенному пару. Поскольку ПП не обладает зависимостью между температурой и давлением, при конкретном давлении он может вырабатываться в широком температурном диапазоне, что будет зависеть от площади нагрева пароперегревателя.

Перегретый пар отличается от насыщенного такими преимуществами:

• gри равном давлении насыщения он обладает намного большей температурой;
• обладает большим удельным объемом, что дает экономию энергоресурсов при использовании;
• при снижении он не конденсируется, пока температура не упадет ниже точки насыщения при давлении среды.

Методы регулирования температуры перегретого пара

Довольно часто для технологических процессов, требуется получение перегретого пара строго определенной температуры. Для того чтобы снять ее излишки, обычно используют три метода воздействия на температуру ПП:

• cмешивание разных температурных потоков, когда в ПП впрыскивают котловую воду или паровой теплоноситель меньшего теплосодержания;
• поверхностное охлаждение, заключается в перенаправление ПП через систему специальных теплообменных аппаратов, выполняющих роль охладителей;
• изменение тепловосприятия потока, реализуется через изменение температуры или расхода уходящих котловых газов.

В теплоэнергетике в котлах высокого давления наиболее часто применяют первый метод, путем впрыскивания в поток ПП питательной воды или конденсата от турбогенератора. Впрыском насыщенного пара, как правило, регулируют температуру вторичного перегрева пара.

Получение перегретого пара

Пароперегреватель устройство, устанавливаемый в котлоагрегате, вырабатывает перегретый пар с параметрами, превышающими температуру насыщения в барабане котла. Он относится к особо критичным котловым элементам, поскольку из-за высоких температур ПП металл конструкции функционирует в предельно-допустимых условиях.

Пароперегреватели бывают основного типа, работающие в зоне сверхкритического давления и промежуточного типа, которые направляют пар отработанный в турбине для промперегрева.

Кроме того пароперегреватели классифицируются по тепловосприятию на конвективные, установленные в конвективной части котла, радиационные — расположены около топочных экранов и ширмовые — установленные в верхней части топки. По направлению движения потоков ПП и уходящих котловых газов выпускают ПП : прямоточные, противоточные и смешанные.

Использование перегретого пара в технике

В современных паровых турбинах применяют ПП с температурой перегретого пара существенно выше критической (374C).

Перегретый пар используется в турбинах для повышения теплового КПД. Другое использование перегретого пара:

• Пищевые технологии.
• Технологии очистки.
• Катализ / химическая обработка.
• Технологии поверхностной сушки.
• Технологии отверждения.
• Энергетика.
• Нанотехнологии.

Котлы перегретого пара

В России применяется ГОСТ 3619-76 на паровые котлоагрегаты, в котором установлены параметры насыщенного и перегретого пара, а также паровая производительность и температура воды для питания котла.

Современная российская энергетика использует котлоагрегаты производительностью вырабатывающих 1000/1650/2650/3950 т/ч пара для турбогенераторов соответствующей мощностью 300/500/800/1200 МВт, работающих на сверхкритических параметрах по давлению 25,5 МПа и Тпп=545С.

Энергетические котлы классифицируются по давлению пара — высокого от 10 до 14 МПа и сверхкритического свыше 25,5 МПа. Котлоагрегаты сверхвысокого давления, обычно, выполняют с вторичным перегревом пара.

Паровые котлоагрегаты малой и средней паропроизводительности используются для производства насыщенного и перегретого пара с характеристиками до 3,9 МПа и Т=450 С. Они эксплуатируются на промпредприятиях и в жилищно-коммунальном хозяйстве для производственно-технологических нужд и в системах центрального теплоснабжения.

Типичными представителями агрегатов данной категории являются котел Е (ДЕ) производительностью пара от 1 до 25 т/ч, Е (КЕ) производительностью пара до 25 т/ч с газомазутной горелкой и ДКВР производительностью до 20 т/ч. Их применение – источники тепловой энергии для центрального теплоснабжения с параметрами насыщенного и перегретого пара.