Система сбора соковых паров в котлах варочных кормовых
SYSTEM FOR COLLECTION OF JUICE VAPORS IN BOILING FEED BOILERS

Изобретение относится к области оборудования для приготовления кормов, в частности, рассматривает конструкцию системы сбора соковых паров и предназначена для использования в технологической линии для переработки жиросодержащих отходов птицеводства, животноводства, свиноводства, боенских отходов, падежа и других ресурсов, требующих высокотемпературную обработку, в технологических целях для производства составляющих комбикорма (костная, мясокостная, перьевая, кровяная мука и т.д.) в поточном режиме.
Системой, уменьшающей выбросы вредных веществ и одорантов в атмосферу, является система удаления соковых паров и их конденсации, состоящая из конденсатора кожухотрубчатого типа ТКТ с предвключенным циклоном для удаления твердых частиц. Система удаления соковых паров и их конденсации связана непосредственно с системой оборотного водоснабжения. Установка сосудов для сбора конденсата позволит доохлаждать конденсат соковых паров до более низких температур, т.е. уменьшит возможность естественного испарения одорантов с поверхности конденсата. И даст возможность использования существующих канализационных труб малого диаметра без замены на более большой диаметр. Система удаления соковых паров и их конденсации вместе с системой оборотного водоснабжения позволяет снизить влияние энергетических затрат на себестоимость продукции за счет экономии энергоресурсов и более полного их использования.
В таких системах сбора и утилизации соковых паров на каждый горизонтальный вакуумный котел устанавливается свой циклон осадитель, кожухотрубчатый конденсатор и сосуд для сбора конденсата. Кожухотрубные конденсаторы охлаждаются замкнутым охлаждающим контуром. Получаемый из сокового пара конденсат охлаждается в баке для сбора конденсата или в смесителе до более низких температур, позволяющих слив в канализацию. Возможно использование обычной канализации.
Классическая технологическая схема работы такой линии предполагает работу в дискретном (циклическом) режиме с остановками для выгрузки и загрузки котла, слив жира. То есть классическая схема требует сброса накопленной жидкости в циклоне-уловителе и емкости сбора конденсата после каждого цикла. В случае, когда оператор забывает слить емкость происходит заполнение конденсатом циклона-уловителя, конденсатора, емкости. Забросы порций продукта с вскипающей жидкостью приводят к накоплению ее в объеме циклона-уловителя, что требует его опорожнения и мытья после окончания цикла сушки. При отключении насоса подачи охлаждающей воды в конденсатор, начинает подниматься давление в замкнутой системе, что может приводить к увеличению давления до давления в рабочей зоне котла. Таким образом, уловитель, емкость сбора должны быть рассчитаны на давление в котле и данные сосуды подлежат регистрации в органах Ростехнадзора.
Так, известна система сбора соковых паров в котлах варочных кормовых, описанная в RU 2409972, А23К 1/10, опубл. 25.06.2009 г. Это решение принято в качестве прототипа.
В этой системе по истечении заданного времени стерилизации контроллер подает команду, согласно которой начинается процесс вакуумной сушки сырья при температуре 80…100°С, для чего подача пара уменьшается, включаются в работу вакуумный насос, циклон-осадитель и конденсатор соковых паров. За счет работы вакуумного насоса давление в котле-деструкторе (котел варочный кормовой) уменьшается, и влага, содержащаяся в отходах, интенсивно испаряется, пар поступает в циклон-осадитель, в котором от него отделяются жир, твердые частицы и капли воды, и далее в конденсатор, куда одновременно подается холодная вода. При охлаждении пар конденсируется, конденсат отсасывается в вакуум-баллон и сливается в канализацию.
Особенностью классического примера применения системы сбора соковых паров является то, что она рассчитана, что в системе оборотного водоснабжения конденсатора кожухотрубчатого давление в межтрубном пространстве не должно превышать 0,05 МПа. В случае, если система оборотного водоснабжения оказывается не включена (например, насос циркуляции охлаждающей воды не работает) или не справляется с отводом тепла, давление в системе сбора соковых паров может выровняться с давлением в котле варочном кормовом. Как правило, для снятия давления используют пружинные клапаны, сбрасывающие высокое давление в системе. Но в системе на стенках и в потоке присутствуют белковые и жирные включения, которые могут нарушать работу механического (пружинного) клапана. Постоянно закрытый клапан чаще всего забывают так же проверить на работоспособность при работе. Пружинные клапаны необходимо периодически калибровать. Слив емкости сбора соковых паров, сборника осадка перед конденсатором является необходимой операцией при классической схеме. Если слив не производить после каждого цикла, скапливающаяся масса перекрывает проход паров в конденсатор кожухотрубчатый, происходит набор давления в циклоне, возникают гидроудары при проталкивании парами продукта в конденсатор кожухотрубчатый. Конденсатор после таких забросов требует обслуживания. В связи с этим оборудование, находящееся под давлением или которое может по некоторым техническим причинам оказаться под высоким (выше расчетного рабочего) давлением должно быть зарегистрировано в органах Ростехнадзора и пройти техническую сертификацию. Процесс сертификации серьезно удорожает стоимость системы в целом и переводит ее в категорию поднадзорных комплексов.
Применение емкостей с сжатым воздухом высокого давления или емкостей, работающих или которые могут оказаться под высоким давлением, в промышленных целях регулируется приказом Ростехнадзора от 25.03.2014 №116 "Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением», согласно которым установка и размещение должны соответствовать требований законодательства в области промышленной безопасности. Эти требования указывают на необходимость размещения таких ресиверов и емкостей на отдельных специализированных площадках, оборудованных необходимыми средствами, обеспечивающими безопасность эксплуатации. При исполнении этих требований система приготовления комбикормов и их составляющих должно представлять собой сооружение, которое должно располагаться отдельно и удаленно от сооружения с системой ресиверов или емкостей, работающих под давлением. По масштабам это габаритно и занимает много площади.
Разнесение на расстояние мест размещения котла варочного кормового и системы сбора соковых паров не является желательным, так как поступающие в циклон пары по длинному трубопроводу быстро охлаждаются и белковые и жировые компоненты оседают на стенках, уменьшая и перекрывая проходное сечение. Это приводит к необходимости периодической очистки соединительных трубопроводов. Поэтому для технологических линий по производству кормов и/или их компонентов необходимо, чтобы все узлы, в том числе связанные со сбором соковых паров были компактно привязаны к котлу варочному (это позволит уменьшить образование жирового налета на стенках соединительной трубчатой арматуры).
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и безопасности проведения процесса сбора соковых паров за счет постоянного сброса высокого давления системой гидрозатворов и сообщения циклона с емкостью для сбора конденсата соковых паров.
Указанный технический результат достигается тем, что в системе сбора соковых паров в котлах варочных кормовых, содержащей циклонный осадитель центробежного типа, вход которого сообщен с заполняемой паром полостью котла варочного кормового, а выход с входной трубой конденсатора трубчатого, межтрубная полость которого на выходе сообщена с градирней, сообщенной с емкостью для сбора охлажденной воды, а на входе - с выходом насоса циркуляционного, вход которого сообщен с емкостью для сбора охлажденной воды, а выходная труба конденсатора трубчатого сообщена с емкостью сбора соковых паров, а так же вакуумный насос для снижения давления, полость в донной части циклонного осадителя центробежного типа сообщена с емкостью сбора соковых паров, вакуумный насос для снижения давления сообщен с одной из труб конденсатора трубчатого, а полость емкости сбора соковых паров сообщена через обратный клапан с по крайней мере с одним гидрозатвором.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 изображено устройство котла варочного кормового.
Согласно заявленного изобретения рассматривается конструкция системы сбора соковых паров, образующихся при высокотемпературной переработке жиросодержащих отходов птицеводства, животноводства, свиноводства, боенских отходов, падежа и других ресурсов с целью получения составляющих комбикорма (костная, мясокостная, перьевая, кровяная мука и т.д.) в поточном режиме.
Основным агрегатом технологических линий по производству компонентов животных кормов (комбикормов) является котел 1 варочный кормовой. По конструктивной схеме этот котел состоит из обогреваемого паром сосуда под давлением (корпуса), обогреваемого паром перемешивающего устройства (перемешивающий вал с лопатками), рамы котла, реверсивного привода для вращения перемешивающего вала, горловины загрузки, люка выгрузки и т.д. Корпус установки и рубашка корпуса представляют собой сосуды, работающие под избыточным давлением и изготовлены в соответствии с законами и стандартами для сосудов под избыточным давлением (технический регламент таможенного союза TP ТС 032/2013 о безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением). Когда установка включена, перемешивающий вал непрерывно вращается, чтобы продукт равномерно сварился. Процесс перемешивания продукта производится с помощью закрепленных на валу лопаток. Вал перемешивающего устройства обогревается подаваемым в полость корпуса паром Продукт обогревается с помощью пара, подаваемого в полость между корпусом и рубашкой котла и паром, подаваемым внутрь полого перемешивающего вала.
Основная задача котла - термическая обработка и сушка сырья животного происхождения и получения костной, кровяной, перьевой, мясокостной муки. Вращение перемешивающего вала обеспечивает перемешивание сырья во время процесса стерилизации и сушки. В полость корпуса котла закладывается сырье по весу в зависимости от его качества и состава, а также вместимости в зависимости от типоразмера. Загрузка сырья осуществляется через горловину загрузки или передувом через штуцер. После загрузки сырья подают пар в рубашку корпуса и, если это конструктивно предусмотрено, в полость перемешивающего вала. Давление в корпусе создается не более 4 бар. Под воздействием температуры и давления в сырье в корпусе котла последовательно в течение заявленного производственного цикла проходит ряд изменений: нагрев, варка, гидролиз, стерилизация, атмосферная или вакуумная сушка. Происходит нагрев сырья с образованием пара. За счет появления пара давление в котле поднимается. Стерилизация проходит при температуре около +120°С, например, в течение 40 мин. После стерилизации сырья подача пара прекращается и давление в котле снижается до атмосферного. При снижении давления вал останавливается, чтобы произошло разделение белковой массы и жирного бульона. Для слива жирного бульона предусмотрен патрубок на передней стенке котла. Процесс сушки проходит при открытой задвижке соответствующего патрубка. Пары, образующиеся при нагреве сырья, через патрубок штуцера удаляются системой сбора соковых паров.
Линия удаления соковых паров включает в себя циклон-уловитель или циклон-осадитель 2, конденсатор 3 кожухотрубчатый, охлаждаемый принудительно замкнутым контуром водоподачи, и емкость 4 сбора конденсата соковых паров.
Рассматриваемая система сбора соковых паров позволяет решить проблему вывода накопителя конденсата соковых паров, конденсатора, циклона из-под регистрации в органах Ростехнадзора как сосудов, работающих под давлением. Особенностью исполнения линии удаления соковых паров является то, что повышение давления или кратковременное превышение заданного в качестве предельного давления снимается конструктивными мерами.
В общем случае, система сбора соковых паров в котлах варочных кормовых включает в себя циклонный осадитель центробежного типа, вход которого сообщен с заполняемой паром полостью котла варочного кормового, а выход с входной трубой конденсатора трубчатого, межтрубная полость которого на выходе сообщена с градирней, сообщенной с емкостью для сбора охлажденной воды, а на входе - с выходом насоса циркуляционного, вход которого сообщен с емкостью для сбора охлажденной воды, а выходная труба конденсатора трубчатого сообщена с емкостью сбора соковых паров.
При этом в этой системе полость в донной части циклонного осадителя центробежного типа сообщена с емкостью сбора соковых паров, вакуумный насос для снижения давления сообщен с одной из труб конденсатора трубчатого, а полость емкости сбора соковых паров сообщена через обратный клапан с по крайней мере с одним гидрозатвором.
Ниже дано подробное описание этой системы (фиг. 1).
По окончании процесса разваривания и стерилизации в котле 1 подача пара на обогрев котла (и, если это предусмотрено конструктивно, перемешивающего вала) прекращается и избыточное давление из рабочей зоны котла сбрасывается через линию удаления соковых паров, состоящую из циклон-осадитель 2, конденсатора кожухотрубчатого 3 и емкости 4 сбора конденсата соковых паров.
Пары из котла 1 подаются через клиновую задвижку через трубу 5 отвода паров на циклонный осадитель центробежного типа или циклон-осадитель 2. Циклон-осадитель 2 предназначен для отделения механических частиц и сконденсированной влаги от соковых паров. Жидкая фаза и частицы продукта, которые были захвачены парами отделяются в циклоне 2 и стекают в емкость 4 сбора соковых паров. В циклоне происходит отделение паровой фазы от частиц и жидкости, которая может быть подхвачена парами при большой разнице давлений в котле и системе сбора соковых паров.
В качестве циклона может использоваться выпускаемый промышленностью циклонный осадитель центробежного типа или циклон-осадитель 0,3-130 (тангенциальный осадитель), который предназначен для защиты конденсатора пара от попадания в него твердых частиц, находящихся в составе соковых паров (рассчитан на работу при температуре поступающего пара 140°С). Циклон состоит из цилиндрического корпуса, накопителя, выполненного в виде усеченного конуса, и патрубка для подачи рабочей среды в циклон и патрубка, служащего для удаления твердых примесей, поступающих с рабочей средой. Соковые пары (рабочая среда) из котла 1 через патрубок поступает внутрь корпуса, изменяя поступательное движение на вращательное вдоль внутренней стенки корпуса. В результате чего пар освобождается от крупных твердых частиц и тяжелых примесей и по патрубку выходному по трубе 6 направляются в трубный конденсатор 3 для дальнейшей переработки. Осевший в нижней части циклона шлам удаляется из циклона по трубе 7 и поступает в емкость 4 сбора конденсата соковых паров.
В принципе в этой части использована классическая схема отделения паров от крупных твердых частиц и тяжелых примесей. Но удаление этих примесей прямотоком в емкость 4 позволят снизить давление в циклоне 2, частично повышая при этом давление в самой емкости 4.
За счет схемы использования циклона, который не перекрывается снизу на слив, на стенках циклона не накапливается масса, налипающая на стенки циклона в процессе работы системы сбора соковых паров. В предложенной схеме циклон сконденсированную влагу сразу направляет в емкость сбора. В ней из-за наличия воды масса продукта, унесенная парами, находится всегда в жидкости и до момента слива не имеет предрасположенности к большому налипанию к стенке сосуда.
Пары после отделения в циклоне 2 поступают к конденсатору 3 кожухотрубчатому, который охлаждается оборотной водой. В качестве такого конденсатора можно использовать выпускаемый промышленностью конденсатор 1033 (кожухотрубный), который входит в системы удаления запахов от варочных испарений, образующихся в процессе тепловой обработки биологического сырья в вакуумных котлах и предназначен для охлаждения, конденсации соковых паров, с последующим удалением конденсата из технологической линии.
Для работы конденсатора 3 используется контур охлаждения. В него входят градирня 8 и емкость 9 сбора охлаждающей воды. Для снижения температуры сырья до температуры 95°С в контуре конденсатора 3 установлен вакуумный насос 10, который позволяет снизить давление в контуре системы сбора соковых паров и, как следствие, температуру кипения. При повышении давления в конденсаторе включается вакуумный насос 10, откачивающий часть пара и снижающий, тем самым, давление в этом агрегате. Вода насосом циркуляции 11 подается из емкости 9 сбора охлаждающей воды в контур охлаждения конденсатора 3, в котором происходит теплообмен между стенками трубок, в которых протекает пар, и омывающей эти трубки водой. Выходящая из конденсатора 3 вода поступает в градирню, где охлаждается и откуда в охлажденном состоянии попадает в емкость 9.
Очищенные соковые пары из циклона 2 поступают в конденсатор 3, в межтрубном пространстве которого пар конденсируется и в жидком состоянии сливаются в емкость 4. Конденсат, собранный в емкости 4, можно использовать для добавления в котел 1 для процесса разваривания или направлять в бункер для последующего отделения кека от клеевого бульона (на схеме не указан).
При нормальной работе системы оборотной воды давление в межтрубном пространстве не должно превышать 0,05 МПа. В случае, если система оборотного водоснабжения (градирня, емкость 9 и насос 11) оказывается не включена (насос циркуляции охлаждающей воды 11 не работает) или не справляется с отводом тепла, давление в системе сбора соковых паров может выровняться с давлением в котле 1, что окажется выше параметров, при которых оборудование может не регистрироваться в органах Ростехнадзора.
Для исключения подобной ситуации емкость 4 сбора конденсата соковых паров обвязывается системой гидрозатворов 12. Гидрозатвор 12 при превышении заданного давления начинает пропускать через себя воздух и пары, которые находятся в емкости 4 сбора соковых паров с последующим выбросом в атмосферу или в утилизатор. Таким образом, верхнее давление будет выдерживаться в заданных пределах. При снижении давления связь гидрозатвора 12 с емкостью 4 блокируется. Для этого в линии связи гидрозатвора 12 с емкостью 4 встроен обратный клапан 13, который удерживает попадание воздуха в систему сбора соковых паров. Использование клапанов в виде гидрозатворов продиктовано наличием белковых и жирных включений, который могут нарушать работу механического (пружинного) клапана. Постоянно закрытый клапан чаще всего забывают проверить на работоспособность при работе. Пружинные клапаны необходимо периодически калибровать. Использование гидрозатвора лишено этого недостатка.
Предложенная система позволяет уменьшить количество точек обслуживания:
- нет необходимости сливать конденсат с циклона после каждого цикла варки/сушки;
- снижается риск заброса продуктов из котла в конденсатор. Это снижает частоту обслуживания конденсатора;
- сбор всех собираемых сред в канализацию сведен в одну точку.
На основании изложенного, заявленная система за счет конструктивных решений позволяет вывести все оборудование, за пределами котла из-под необходимости регистрации оборудования в органах Ростехнадзора, за счет снижения в данных единицах максимально возможного давления. Отключение циркуляционного насоса 1 не приводит к подъему давления выше, чем обеспечивает гидрозатвор 12. При аварийном сбросе избыточное давление будет сброшено в атмосферу.
Настоящее изобретение промышленно применимо и позволяет повысить надежность и безопасность проведения процесса сбора соковых паров за счет постоянного сброса высокого давления системой гидрозатворов и прямого сообщения циклона с емкостью для сбора конденсата соковых паров. Это позволяет упростить конструкцию системы за счет исключения оборудование системы сбора соковых паров из списка оборудования, подлежащего регистрации в органах Ростехнадзора.