Анализ проблем энергосбережения при автоматизированном проектировании теплообменных аппаратов

УДК 66.012

АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

А.Д. Данилов, В.С. Петровский

В статье проводится анализ проблем энергосбережения в процессе автоматизированного проектирования рекуперативных теплообменных устройств. Приведены удельные энергозатраты на проведение процессов сушки в деревообрабатывающей промышленности. Рассмотрены основные схемы рекуперации теплоносителя. Делается вывод о необходимости использования рекуперации при проектировании новых конкурентоспособных аппаратов с пониженным энергопотреблением

Ключевые слова: энергоснабжение, проектирование, теплообмен, удельные затраты, сушка

Повышение цен на энергоносители все больше заставляет потребителей обращать внимание на энергосберегающее оборудование. Особенно серьезно этот вопрос стоит в химической, пищевой, деревообрабатывающей, легкой промышленности, т.е. там, где широко применяются энергоемкие технологии тепломассообменных процессов как, например, сушка. Если рассмотреть процессы деревообработки, то можно увидеть, что более половины расхода энергии уходит на сушку древесины. Причем сушильный агент с температурой более 50 °С, как правило, выбрасывается в атмосферу. То же самое наблюдается и в других отраслях экономики.

Серьезной проблемой при проектировании сушильных установок является то, что в настоящее время нет единого точного метода и критерия оценки энергозатрат на сушку. Например, удельные затраты на сушку м3 древесины без учета затрат на предварительный нагрев зависят от следующих факторов: породы древесины, региона выращивания, начальной и конечной влажности, степени обработки древесины, сортамента материала.

Наиболее достоверным критерием сравнительной оценки эффективности работы различных типов сушильных установок являются удельные энергозатраты на удаление 1 кг жидкости из древесины. Основным фактором, определяющим удельные затраты на сушку 1 м3, является начальная и конечная влажность. Если процесс сушки связан с испарением, т. е. фазовым переходом жидкости в пар, то только на испарение свободной влаги потребуется 0,66 кВт-ч/кг, на диффузию связанной влаги 0,55 кВт-ч/кг и 0,77 кВт-ч/кг на ее испарение [1]. Это относится ко всем сушильным камерам,

Данилов Александр Дмитриевич - ВГЛТА, д-р техн. наук, профессор, тел. (4732) 53-70-50

Петровский Владислав Сергеевич - ВГЛТА, д-р техн. наук, профессор, тел. (4732) 53-70-50

работающим и в условиях вакуума и при атмосферном давлении, независимо от способа нагрева древесины. Кроме тепловых энергозатрат при проектировании таких аппаратов необходимо учитывать и электромеханические (вентиляторы, насосы, компрессоры).

В сушильных камерах различных типов и марок, работающих при атмосферном давлении, удельный расход тепловой энергии на сушку древесины колеблется от 4480 кДж/кг до 7500 кДж/кг. Затраты электромеханической энергии значительно меньше, но все же существенны: от 450 до 900 кДж/кг.

Сушка в вакууме в сушилках различной конструкции и с разными источниками нагрева пиломатериала происходит при пониженной температуре и давлении. С увеличением глубины вакуума возрастает коэффициент диффузии, что приводит к уменьшению времени сушки в 2 - 3 раза. С точки зрения удельных энергозатрат процесс носит обратный характер: с увеличением глубины вакуума энергозатраты возрастают от 2260 кДж/кг при 760 мм. рт. ст. (100 °С) до 2391 кДж/кг при 73 мм. рт. ст. (45 °С). Однако значительное сокращение времени сушки и потерь тепла в результате уменьшает удельные затраты при сушке в вакуумной камере по сравнению с конвективной.

Не лучшие результаты дает и применение электромагнитного поля, так как такие сушилки не могут быть экономичнее даже простых конвективных камер из-за невысокого КПД генератора энергии.

Все это стимулирует интерес к рекуперации тепловой энергии во вновь проектируемых теплообменных аппаратах. Устройством, выполняющим функцию энергосбережения, здесь является рекуператор.

Интегрирование рекуперативного теплообменника в существующие системы возможно без замены в ней основных устройств.