Оптимизация энергосберегающих схем установок конвективной сушки термолабильных материалов

Гаряев, Антон Андреевич

Промышленная теплоэнергетика

автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Оптимизация энергосберегающих схем установок конвективной сушки термолабильных материалов

кандидата технических наук: Гаряев, Антон Андреевич
город: Москва
год: 2011
специальность ВАК РФ: 05.14.04

Диссертация по энергетике на тему «Оптимизация энергосберегающих схем установок конвективной сушки термолабильных материалов»

Автореферат диссертации по теме "Оптимизация энергосберегающих схем установок конвективной сушки термолабильных материалов"

На правах^кописи

ГАРЯЕВ АНТОН АНДРЕЕВИЧ

ОПТИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СХЕМ УСТАНОВОК КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ ТЕРМОЛАБИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ

на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 6 ИЮН 2011

Москва-2011 г.

4850600

Работа выполнена на кафедре Тепломассообменных процессов и установок Московского энергетического института (технического университета).

Научный руководитель: кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Яковлев Игорь Васильевич официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шелгинский Александр Яковлевич, кандидат технических наук, доцент Шамсутдинов Эмиль Василович Ведущая организация ЗАО «ЭСКоТек»

Защита диссертации состоится «30» июня 2011 года в 14 час 00 мин. в аудитории Г-406 на заседании диссертационного совета Д 212.157.10 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: г. Москва, Красноказарменная ул., д. 17.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Автореферат разослан « & 6 » мая 2011 г. Председатель

диссертационного совета^ / / __

д.т.н., профессор Рыженков В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Значительная часть современных конвективных сушильных установок характеризуется низкой энергетической эффективностью. Основная доля потерь теплоты в сушильных установках (до 70%) приходится на потери с отработанным сушильным агентом, а потому энергосберегающие мероприятия должны быть направлены на их снижение или полезное использование данной теплоты для технологических нужд. Для утилизации теплоты отработанных влажных газов помимо распространенного метода частичной рециркуляции все больше внимания уделяется применению теплонасосных установок (ТНУ) и конденсационных теплоутилизаторов (КТУ). Однако, даже достаточная проработка методов расчета таких установок, наличие исследований их работы и существование действующих сушильных установок с применением рециркуляции, ТНУ или КТУ не дает полной, систематизированной информации и рекомендаций по выбору схемных решений, режимных параметров и по расчету потенциала экономии энергоресурсов. До настоящего времени не рассматривались схемы сушильных установок, совмещающих в себе одновременное применение указанных энергосберегающих мероприятий. Существует необходимость их исследования с целью выбора оптимальных схем с точки зрения энергетической и экономической эффективности. Недостаток информации, подтверждающей техническую и экономическую целесообразность применения схем с использованием КТУ и ТНУ, требующих значительных инвестиций, препятствует их практической реализации.

Для правильного расчета, проектирования, успешной эксплуатации и оценки технико-экономических показателей оптимальных энергосберегающих схем сушки влажных материалов необходима систематизация и комплексное исследование всех возможных вариантов, объединяющих в себе рециркуляцию сушильного агента, использование ТНУ и КТУ в различных комбинациях.

Наибольший потенциал применения теплонасосных установок и конденсационных теплоутилизаторов для использования теплоты отходящего сушильного агента сосредоточен в тех теплотехнологических процессах сушки, в которых агент имеет невысокую температуру. К таким процессам относится сушка термолабильных материалов. Сушка указанных материалов (семена, протеин, лактоза, молочный порошок, винная и лимонная кислота и т.д.) имеет широкое применение в пищевой, фармацевтической и химической промышленности. Повышение эффективности использования теплоты может привести к существенной экономии энергетических ресурсов в масштабах данной отрасли.

Целью работы является структурная оптимизация энергосберегающих схем установок конвективной сушки термолабильных материалов с одновременным применением в различных комбинациях энергосберегающих мероприятий по утилизации теплоты отходящего сушильного агента: рециркуляции, конденсационного теплоутилизатора и теплонасосной установки.

Для достижения указанной дели поставлен и решен ряд научно-технических задач, включающий:

- разработку обобщенной математической модели установки конвективной сушки термолабильных материалов при использовании теплоты отходящего сушильного агента в технологическом цикле за счет рециркуляции, применения КТУ и ТНУ в различных комбинациях;

- расчет энергетических показателей всех возможных к применению схемных энергосберегающих решений в установках конвективной сушки термолабильных материалов, направленных на утилизацию теплоты отработанного сушильного агента, для регионов с различными климатическими условиями;

- оптимизацию энергосберегающих схем установок конвективной сушки термолабильных материалов на основании результатов энергетического и технико-экоиимического анализа.

Научная новизна

1. Впервые представлены, систематизированы и сопоставлены возможные варианты энергосберегающих схем конвективной сушки термолабильных материалов при одновременном применении рециркуляции, КТУ и ТНУ в различных комбинациях с целью утилизации теплоты отходящего сушильного агента.

3. Проведена оптимизация схем конвективной сушки термолабильных материалов при одновременном применении рециркуляции, КТУ и ТНУ в различных комбинациях с использованием разработанной модели. Впервые показано, что наибольшая экономия первичного условного топлива достигается при применении схемы с парокомпрессионной ТНУ. В рассмотренном в работе диапазоне рабочих технологических параметров (температура наружного воздуха от -33°С до +28,9°С; производительность сушильной установки от 300 до 440 кг/ч по исходному продукту; температура сушильного агента 45°С) экономия первичного условного топлива составляет до 50-54%.

4. Показано, что наилучшими технико-экономическими показателями (чистый дисконтированный доход, срок окупаемости) обладает схема с совместным применением КТУ и ТНУ вне зависимости от времени года и климатических условий. При этом экономия первичного условного топлива соизмерима с экономии в схеме с применением только ТНУ.

5. Показано, что в схемах с утилизацией теплоты отработанного сушильного агента посредством ТНУ существует оптимальное, с точки зрения технико-экономических показателей, распределение тепловой нагрузки между ТНУ и другими источниками теплоты (КТУ, дополнительный подогреватель).

Практическая ценность

1. Разработанные в диссертации математическая модель и программный модуль позволяют производить трудоемкие (в том числе многовариантные) расчеты энергосберегающих схем установок конвективной сушки термолабильных материалов с утилизацией теплоты отходящего сушильного агента при применении рециркуляции, парокомпрессионного теплового насоса и конденсационного теплоутилизатора. После соответствующей модификации разработанный про^аммный модуль может быть применен для расчета и сопоставления энергосберегающих схем установок конвективной сушки для других типов материалов и применяемого оборудования.

2. Предложенный метод расчета цикла парокомпрессионного теплового насоса позволяет отказаться от использования таблиц и диаграмм термодинамических и теплофизических свойств за счет применения полиномиальных и рациональных функций и производить многовариантные расчеты, а также импортировать их результаты в другие программные модули.

3. Созданы программные модули для расчета времени сушки древесины в камерных конвективных сушильных установках периодического и непрерывного действия в соответствии с Руководящими техническими материалами по технологии камерной сушки пиломатериалов (ОАО «Научдревпром - ЦНИИМОД»), позволяющие производить расчеты, отказавшись от трудоемкого метода с использованием таблиц.

На защиту выносятся:

• Математическая модель и программный модуль расчета энергосберегающих схем установок конвективной сушки термолабильных материалов и элементов схем с применением рециркуляции, ТНУ, КТУ во всем спектре комбинаций.

• Результаты оптимизации схем конвективной сушки термолабильных материалов для различных климатических условий при одновременном применении рециркуляции, КТУ и ТНУ в различных комбинациях с использованием разработанной модели и программного комплекса.

• Заключение о достижении наибольшей экономии первичного условного топлива при реализации энергосберегающей схемы установки конвективной сушки термолабильных материалов с применением ТНУ в исследованном диапазоне рабочих параметров независимо от периода года и климатических условий.

• Рекомендации по выбору энергосберегающих схем установок конвективной сушки термолабильных материалов, полученные на основании результатов энергетического и технико-экономического анализа. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были

доложены на национальных и международных конференциях: 13, 14, 15 и 16 Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Москва, 2007-2010 гг.; Третьей, Четвертой и Пятой Всероссийской школе-семинаре молодых ученых и

. ■ б

специалистов «Энергосбережение - теория и практика». Москва, 2006, 2008 и 2010 г.; Третьей Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов)». Москва, 2008 г.; Международной научно-практической конференции "Биоэнергетика и биотехнологии -эффективное использование отходов лесозаготовок и деревообработки". Москва, 2010 г.

Публикации. Основные положения и выводы диссертационной работы изложены в 10 опубликованных работах, в том числе в одной публикации в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, состоящего из 96 наименований, и приложений. Общий объем диссертации составляет 172 страницы, включая рисунки и таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность применения энергосберегающих мероприятий при сушке термолабильных материалов с использованием утилизированной теплоты отходящего сушильного агента в технологическом процессе. Сформулированы цели работы, обоснована ее актуальность, показана научная и практическая ценность. Отражены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведены результаты анализа теоретических и экспериментальных исследований методов утилизации теплоты отработанного сушильного агента в установках конвективного типа, составляющих основную долю в парке эксплуатируемых в России и СНГ сушил. Подтверждена необходимость подробного исследования мероприятий, решающих задачу снижения энергоемкости процесса сушки.

Наиболее распространенным из числа энергосберегающих мероприятий является рециркуляция сушильного агента, широко используемая на действующих в промышленности установках. Причем это касается не только высокотемпературной сушки, например кирпича, но и низкотемпературной сушки таких материалов, как продукция фармацевтической отрасли, некоторые породы древесины и т.д. Положительный эффект от использования рециркуляции в виде сэкономленного топлива может быть достигнут в основном в высокотемпературной сушке. При низких температурах агента сушки рециркуляция оправдана с точки зрения повышения качества конечного продукта при условии покрытия дополнительных эксплуатационных затрат, вызванных ростом времени сушки, приростом прибыли от продажи продукции. Теоретические вопросы рециркуляции изучались в работах Данилова О.Л., Коновальцева С.И. и др. Ими были рассмотрены и изучены все принципиальные возможности организации рециркуляции, выявлены наиболее перспективные, введены понятия оптимального и предельного коэффициентов

рециркуляции.

Другим доступным методом утилизации теплоты отработанного сушильного агента является использование установленного на его пути перед выбросом в атмосферу КТУ. Применяются утилизаторы как рекуперативного, так и контактного типа, однако, для малых и средних по производительности сушильных установок, подходящих для сушки небольших объемов термолабильных материалов, именно рекуперативные могут дать ряд преимуществ: простота интеграции в газоход, отсутствие необходимости организации схемы оборотного водоснабжения и т.д. Благодаря внедрению КТУ в схему установки появляется возможность утилизировать скрытую теплоту уходящего сушильного агента (при температурах свежего агента, меньших температуры точки росы отработанного). Осушенный при этом сушильный агент расширяет возможности применения рециркуляции. На практике КТУ применяются при производстве бумаги на целлюлозно-бумажных комбинатах, на деревообрабатывающих предприятиях, в окрасочных камерах. Авторы, исследовавшие работу КТУ в сушильной технике (С.А. Перейра и др.), подтвердили перспективность их применения в данной области. Однако, отсутствие сравнительного анализа различных схемных решений, слабая проработка вариантов одновременного использования КТУ и рециркуляции (в т.ч. применительно к низкотемпературной сушке, где положительный эффект их внедрения еще необходимо доказать) указывают на необходимость более глубокой проработки данного вопроса.

В последнее время расширяется применение ТНУ, в первую очередь парокомпрессионного типа, имеющих перспективы. На данном этапе развития теплонасосной техники основного эффекта от применения теплонасосных сушильных установок (ТНСУ) следует ожидать именно при сушке различных термолабильных материалов (в настоящее время они применяются для сушки семенного зерна, кукурузы, солода, лекарственных растений и т.д.). Невысокие температуры конденсации применяемых экологически безопасных рабочих веществ, используемых в парокомпрессионных машинах, и невысокая эффективность их работы при большой разнице температур источника и потребителя теплоты ограничивают применение ТНСУ для сушки материалов, нагрев которых превышает 60-65°С. Абсолютное большинство исследований работы ТНУ в технологическом комплексе с конвективными сушильными установками относится к схеме с замкнутым контуром циркуляции сушильного агента. Результаты исследований (Чайченец Н.С., Янторовский Е.И. и др.) показали возможности существенной экономии финансовых средств при отказе от электрокалориферов или теплогенераторов на жидком топливе в пользу ТНУ. Вместе с тем, отдельные авторы подчеркивают, что при отсутствии особо высоких требований к качеству высушенного материала, схемы с теплонасосным осушителем могут быть менее экономичными в сравнении с прямоточными. Как и в случае с КТУ, основные пробелы в теоретических и экспериментальных исследованиях ТНСУ лежат в области обобщения,

сопоставления и анализа показателей различных схем. В случае одновременного исследования нескольких схем практически отсутствуют рекомендации по применению того или иного варианта. За исключением работ Захарова М.К., Евдокимова A.B., Гришина Б.И., Снежкина Ю.Ф. и Чапаева Д.М, основная доля работ по ТНСУ относится к 80-90 гг. прошлого века. За время произошли существенные изменения в теплонасосной технике: появились новые типы хладагентов, компрессоров и т.д. Остро стоит необходимость в пересчете достижимых энергосберегающих эффектов и создании доступного инструмента для его выполнения - программного модуля, на основании которого можно будет проводить численные исследования перспективных схем и многовариантные расчеты характеристик уже применяемых схем для сушки термолабильных материалов.

Применение любого из вышеперечисленных энергосберегающих мероприятий не позволяет нагревать исходный сушильный агент до высоких температур, поэтому их применение может быть рекомендовано, в первую очередь, для процессов обезвоживания термолабильных материалов.

В литературе по сушке представлены лишь единичные исследования комбинированных схем с использованием вышеперечисленных мероприятий, к ним относятся, например, работы С.А.Перейры, выявляющие потенциал совместного применения ТНУ и КТУ. Таким образом, систематический анализ различных комплексных энергоэффективных схем установок для сушки термолабильных материалов, как и рекомендации по их использованию для различных периодов года и различных регионов, представляют значительный научный и практический интерес. Также для таких схем требуются оценки получаемого энергосберегающего эффекта и технико-экономических показателей.

Во второй главе описан процесс создания модели с сосредоточенными параметрами, описывающей процесс сушки термолабильного материала в конвективной сушильной установке непрерывного действия с применением энергосберегающих мероприятий, направленных на утилизацию теплоты отработанного сушильного агента.

Рассматривалась установка камерного типа, в которой проводилась сушка лекарственного сырья - семян тмина. В основу модели положены уравнения кинетики сушки, уравнения тепловых и материальных балансов для элементов схемы, уравнения теплопередачи теплообменных аппаратов, термодинамические зависимости для расчета парокомпрессионной ТНУ.

Рассматриваемые в работе схемы состоят из повторяющихся элементов, что позволило разбить всю модель на отдельные характерные блоки, из которых далее компоновать любой вариант расчетной схемы, благодаря принятому условию взаимозаменяемости. Разработаны следующие элементарные блоки: блок расчета статики сушки; кинетики (времени) сушки; блок расчета процесса рециркуляции; расчетный блок теплонасосной установки с подсистемами

расчета его испарителя и конденсатора; блок расчета КТУ и наконец, итоговый блок сопоставления результатов.

35 40 45

Температура конденсации, °С

- Разработанная программа

■Solkane 6.0

CoolPack 1.46

-Х- REFPROP 6.01

(NIST) —•—DuPont(PRSV)

3 и4.„...............5... 6

рмнгким у^шпл

Рис.1. Зависимость времени сушки древесины сосны от психрометрической разности 1 - метод приведенного критического влагосодержания (н); 2 - метод приведенного критического влагосодержания (п); 3 - программный модуль РТМ (н); 4 - программный модуль РТМ (п); 5 - ручной счет РТМ (н); 6 - ручной счет РТМ (п); (н) - непрерывная сушка;(п) - периодическая

В качестве метода расчета времени сушки был выбран метод приведенного критического влагосодержания A.B. Лыкова, как хорошо зарекомендовавший себя на протяжении многих лет для различных условий сушки. В основе метода лежит замена действительной кривой сушки, имеющей сложный характер, на прямую благодаря вводу относительного коэффициента сушки.

Рис.2. Зависимость удельная мощности конденсатора идеальной парокомпрессионной теплонасосной установки от температуры конденсации при следующих параметрах: температура испарения -5°С, перегрев 10°С, переохлаждение 0°С

В силу наибольшего развития ТНСУ для сушки древесины апробация модели проведена на данном материале, тем более что некоторые его типы обладают свойствами термолабильности. С целью проверки работоспособности модели и упрощения ее возможного практического использования в дальнейшем был

разработан дополнительный блок расчета времени сушки. За основу был принят РТМ (Руководящий технический материал) по технологии камерной сушки пиломатериалов ОАО «Научдревпром - ЦДИИМОД». Сопоставление полученных результатов приведено на рис.1. Максимальное расхождение результатов расчетов по модели и инженерной методике составляет 6,6%.

Разработанная математическая ¿годель и программный блок расчета цикла работы парокомпрессионного тёплового насоса позволяет рассчитывать термодинамические и теплофизические свойства его рабочего агента (фреон 11407с), а именно: во всех точках цикла

Для расчета параметров хладагента после сжатия в идеальном компрессоре были предложены следующие уравнения:

К = к- (1о%{р, - ру))2+1■ (1о§(р, -ру)) + Ну, (1)

где коэффициенты к = 8,5260 • 1 (Г • Н/ - 0,0115 • /г/ + 4, 9719 • Ну - 6,1 ■4, (2) / = -3,4870 -10-А-Иу+ 0,4222 ■ Ь? - 170,1940 • \ - 22,8974 • 103, (3)

(152,6655 + 40,4003 ■ я -11,5615 • 1п(л))

П,=---5-:--г-. (41

' (1 - 0,2277 • ^ - 0,0638 • 1п(Л) + 0,0025 • (1п(^))2) у '

Первое уравнение (1) используется при отсутствии или небольших значениях перегрева паров хладагента перед компрессором ТНУ, второе (4) - при больших.

-е- к

■§■ |

Г: то

0 Е

а а

>я Я

з тг -

х а

£ я -

О §

, <

угЩ

1.3

• • • 1,2

-у!

-40 -38 -36 -34 -32

Температура испарения, "С

-30

11407с (эксперимент)

Модель

Рис.3. Сравнение холодильного коэффициента трансформации, полученного экспериментально и с помощью разработанной модели работы парокомпрессионной машины

Для подтверждения адекватности данной модели было произведено сравнение с результатами вычислений, выполненных по европейским нормам £N12900 и по существующим программам расчета свойств фреонов: БоИсапе 6.0.1.6, КЕБРЮР 6.01 и Соо1Раск 1,46, а также с результатами вычислений по уравнению состояния Пенга-Робинсона, которое легло в основу табличных данных производителя хладагентов - компании ОиРоЩ. Отметим, что непосредственное использование при разработке расчетного модуля уполянутых программ было невозможно в силу следующих основных причин:

- отсутствие функциональной возможности интеграции результатов проведенных вычислений в иные программы для последующего использования, что делает невозможным их использование в расчетах и исследованиях систем, в которых холодильная машина является не единственным элементом;

- отсутствие возможности проведения многовариантных расчетов, что ставит под вопрос возможность системного моделирования холодильных систем и поиска их оптимального режима работы. Результаты сравнения приведены на рис.2.

Было произведено сравнение (рис.3.) итоговой модели с результатами экспериментальных работ из области холодильной техники (Ж. Хелльман и Р. Доринг - А. Йоханнсен). Результаты расчетов по модели отличаются от экспериментальных данных не более чем на 5,3%, поэтому разработанную математическую модель можно считать адекватной и пригодной для численных исследований.

Целью создания подсистем для теплообменник аппаратов ТНУ было проведение их конструктивного расчета. В качестве метода расчета испарителя был выбран метод коэффициент влаговыпадения (5), как наиболее подходящий в силу следующих объективных причин:

- температура поверхности теплообмена не изменяется или изменяется слабо (величина перегрева паров фреона невелика (до 10°С), испарение, если пренебречь малой величиной температурного глайда 5-7°С, испарение идет при постоянной температуре);

- температура поверхности близка к температуре холодного теплоносителя (верно в силу значительной величины коэффициента теплоотдачи фреона).

Расчет конденсатора проводился по стандартной методике. В расчетах и испарителя, и конденсатора теплового насоса полагалось, что эффективность аппаратов равна 80%.

В данной работе установка КТУ рассматривается в качестве альтернативы использования теплового насоса для утилизации теплоты отработанного влажного агента сушки или в качестве его дополнения. По условиям работы КТУ температурный уровень работы сушильной установки будет небольшим, а режимы сушки - мягкими (низкотемпературными). С учетом вышесказанного справедливы следующие допущения:

- зависимость температуры и энтальпии поверхности теплообмена в рабочем интервале температур с достаточной точностью можно считать линейной;

- Стефанов поток пренебрежимо мал;

- плёнка конденсата не оказывает существенного влияния на процесс теплообмена, поскольку влагосодержание вытяжного воздуха невелико;

- выполняется аналогия между процессами тепло- и массообмена, и справедливы соотношение Льюиса и уравнение Меркеля:

* = г--(Я1-/и (6),(7)

р р

Расчет конденсационного теплоутилизатора, в качестве которого выступает пластинчатый теплообменный аппарат с оребренной поверхностью, производился по методу, предложенному А.Б. Гаряевым. Он основан на решении системы дифференциальных уравнений в частных производных (8), сводимой к дифференциальному уравнению второго порядка гиперболического типа для разности температур теплоносителей, аналитическое решение которого было получено Анцелиусом и Нуссельтом.

д-с,! дН1_

а\-¥х'Щ г£, дх

(8)

. а\ - 4

Энтальпия холодного теплоносителя на стенке может быть найдена через баланс тепловых потоков на оребренной стенке, пренебрегая её термическим сопротивлением:

— ■ >7оГ (#1-#«) = —= (9)

В результате получено распределение разности энтальпий, позволившее найти количество переданной теплоты в теплообменнике при заданных расходах и параметрах теплоносителей на входе, а также заданных размерах.

При расчете параметров воздуха на выходе из КТУ было сделано допущение о линейности процесса его осушения, проходящего через точку, характеризующуюся средней температурой поверхности теплообмена.

Завершается 2-ая глава описанием комплексной модели и алгоритма, которые позволяют производить расчеты энергосберегающих схем сушильных установок, включающих в себя все рассмотренные элементы в различных комбинациях.

В третьей главе на основе численных исследований проводится оптимизация и анализ энергосберегающих схем конвективных сушильных установок для сушки термолабильных материалов. Данные схемы рассматриваются для случаев теплого (неотопительного) и холодного (отопительного) периодов года, т.к. в эти периоды воздух, используемый в качестве сушильного агента, имеет различную исходную температуру и влажность. Исследования проведены для трех городов России: Ростова-на-Дону, Кирова и Омска.

На первом этапе проводилась структурная оптимизация рассматриваемых схем. В качестве целевых функций принимались затраты условного и первично условного топлива на осуществление цикла сушки термолабильного материала. В качестве основного критерия сопоставления схем был использован суммарный расход первичного условного топлива (тонны п.у.т.) при

теплоснабжении от местной котельной и использовании электроэнергии из сети энергосистемы с соответствующими величинами удельных расходов: 237 кг п.у.т./Гкал и 389 г п.у.т./кВтч.

В качестве предлагаемых к совместному внедрению повышающих эффективность работы сушильной установки мероприятий использовались рециркуляция, применение КТУ и ТНУ. Тем самым было решено остановиться на 3-х группах схем:

- схемы с одновременным применением рециркуляции части или всего объема отработанных газов и теплонасосной установки парокомпрессионного типа во всех возможных вариантах организации схем;

- схемы с одновременным применением рециркуляции и конденсационного теплоутилизатора, осуществляющего нагрев свежего сушильного агента за счет теплоты отработанного;

- схемы с совместным использованием КТУ и ТНУ.

Первая группа схем содержала 22 возможных варианта организации системы, из которых после первичного анализа было отобрано и подробно исследовано 6 в летний период и 8 - в зимний. Большое число исключенных из рассмотрения схем объясняется крайне низкой эффективностью применения рециркуляции при низкотемпературной сушке.

Рис.4. Принципиальный вид схем утилизации ВЭР отработанного сушильного агента конвективной сушильной установки с одновременным применением его рециркуляции и ТНУ: а) - Схема с ТНУ; б) - Схема с ТНУ и рециркуляцией СК-сушильная камера; Д- дополнительный подогреватель; Я- испаритель ТНУ;

Л"-конденсатор ТНУ

Расчетным путем установлено, что вариантом, оптимальным с точки зрения потребления энергоресурсов, является схема с применением ТНУ (рис.4а). Ее применение позволит сэкономить около 35,3% энергоресурсов при расчетных условиях холодного периода в сравнении с исходной схемой без энергосберегающих мероприятий и до 56,2% - при расчетных условиях теплого.

Важный результат получен при численном исследовании варианта схемы с одновременным применением ТНУ и рециркуляции (рис. 46), рассматривалась рециркуляция части отработанного воздуха после его прохождения через испаритель теплового насоса для расчетных условий холодного периода: здесь при коэффициенте рециркуляции, равном 0,111, наблюдается оптимум (минимум) суммарных затрат первичного условного топлива. Первоначально снижение требуемой тепловой мощности на нагрев сушильного агента опережает прирост времени сушки, что приводит к снижению подводимой к

а)

СК

б)

воздуху теплоты за цикл. При дальнейшем росте коэффициента рециркуляции ситуация меняется на противоположную. В итоге это приводит к нелинейному характеру изменения расхода топлива на теплоснабжение (вариант с местной котельной) - рис. 5, и расхода теплоты на цикл - рис.6.

0,06

0,055

0,014

0,0115

0,009

0,004

0 12 3 4 Коэффициент рециркуляции

Суммарный расход топлива на

сушку, т пут ■Расход

Расход топлива на теплоснабжение, т пут Расход топлива на электроснабжение, т пут

0,22 0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1

Г-*Г-

г '

2,2

1,4

0 1 2 3 4

Коэффициент рециркуляции

й Количество подводимой

теплоты, Гкал ♦ Требуемая тепловая мощность, Гкал/ч Время сушки, ч

Рис.5. Зависимость расхода Рис.6. Зависимость расхода теплоты

первичного условного топлива от на сушку и ее времени от

коэффициента рециркуляции в схеме коэффициента рециркуляции в схеме с ТНУ и рециркуляцией с ТНУ и рециркуляцией

Примечание: значения точек графических зависимостей, построенных пунктирной линией, нанесены на правую вспомогательную ось.

Второй набор схем (рециркуляция с использованием КТУ) имеет 12 возможных вариантов организации схем сушки. Из них численно исследовалось 7 для варианта эксплуатации в холодный период, поскольку остальные являются нереализуемыми на практике. В неотопительный период эффективность применения КТУ для подогрева свежего сушильного агента за счет теплоты отработанного крайне низка ввиду теплоперепада, стремящегося вместе с величиной сэкономленной теплоты к нулю.

Оптимальным с точки зрения затрат первичного топлива оказался простейший вариант с КТУ (рис.7), позволяющий при температуре наружного воздуха, равной -33°С, снизить расход энергоресурсов на 29,8%.

Третья группа схем, характеризующаяся одновременным применением КТУ и ТНУ, содержит 15 вариантов. Для зимних условий было проработано 8 вариантов, для летних - 7. Другие варианты были отклонены на этапе предварительного анализа, как заведомо нереализуемые или малоэффективные.

Из результатов проведенных исследований можно сделать вывод о наибольшей перспективности схемы, изображенной на рис.8.

Рис.7. Принципиальный вид схемы с КТУ утилизации ВЭР отработанного сушильного агента конвективной сушильной установки в КТУ СК - сушильная камера; КТУ- конденсационный теплоутилизатор

Рис.8. Принципиальный вид схемы утилизации ВЭР отработанного сушильного агента конвективной сушильной установки с одновременным применением ТНУ и КТУ.

(Обозначения те же, что на рис.4 и 7)

Схема является промежуточным вариантом первых двух отобранных схем; сочетая в себе все их основные положительные качества, предоставляя возможность достижения соизмеримой величины экономии - 41,5% зимой и 58,5% летом. Схема позволяет исключить недостатки схем, в которых КТУ и ТНУ используются раздельно, а именно:

- добиться экономии энергоресурсов летом, что недостижимо при использовании в системе только конденсационного теплоутилизатора;

- повысить надежность схемы в период аварии, ремонта или обслуживания одного из утилизаторов, поскольку в работе остается другой;

- снизить первоначальные капиталовложения в теплонасосную установку, являющуюся самым дорогостоящим элементом схемы.

Для проведения дальнейших технико-экономических расчетов на данном этапе были отобраны три оптимальные схемы по принципу минимума энергозатрат на их работу. Сделан вывод о наибольшей перспективности схемы с одновременным применением последовательно включенных КТУ и ТНУ по ходу движения утилизируемых отработанных газов при конвективной сушке термолабильных материалов.

В четвертой главе проведено экономическое сопоставление выбранных в третьей главе схем, оптимальных исходя из минимума энергетических затрат на цикл сушки влажного материала. Таких схем в итоге было отобрано три (плюс прямоточная схема для сопоставления результатов):

- прямоточная сушильная установка с парокомпрессионным тепловым насосом, испаритель которого установлен на выходе из камеры сушки, а конденсатор - на входе, но перед дополнительным подогревателем, чье применение может потребоваться в холодный период года;

- прямоточная сушильная установка с КТУ, нагревающим свежий сушильный агент за счет утилизации теплоты отработанного;

- прямоточная сушильная установка с одновременным применением КТУ и ТНУ, испаритель которой установлен за утилизатором по ходу движения __отработанных газов,_

Сд Разница затрат, т п.у.т.

■ Суммарные затраты, т п.у.т.

Прямоточная Схема с ТНУ Схема с КТУ Схема с КТУ схема и ТНУ

Рис.9. Гистограмма суммарных затрат в первичном условном топливе при теплоснабжении сушильных установок от местной котельной: г. Киров

Работа всех схем была исследована в условиях холодного (отопительного) периода, теплого (неотопительного) периода и за весь год для трех областей возможного применения: Омской, Кировской и Ростовской. Численные исследования показали, что независимо от местоположения установки наибольшей экономии первичного условного топлива в случае замещения нагрузки, покрываемой местной котельной, при эксплуатации только в неотопительный период можно добиться при применении схемы с последовательным включением КТУ и ТНУ. Различной будет лишь величина экономии энергоресурсов: 57,0%, 57,5% и 56% соответственно.

1500 1000 500

-500 -1000 -1500

i ! ! 1 1

1 | !

1 л

1 ИН ьН г* ^Zjir

J 1-1

г * ■ 1 S 24

(Г ✓ 6

] ✓

> > —

> »

-Схема с ТНУ -Схема с КТУ -СхемасКТУ+ТНУ

Количество часов работы в сут, ч

Рис.10 Зависимость ЧДД от реализации рассматриваемых мероприятий от количества часов эксплуатации в сут. (при теплоснабжении от местной котельной)

При эксплуатации рассматриваемой конвективной сушильной установки исключительно в отопительный период наиболее выгодна с энергетической точки зрения схема с теплонасосоной установкой: она позволит добиться экономии энергоресурсов в пределах от 47,5 до 52,1% в зависимости от

местонахождения установки. При круглогодичной эксплуатации экономия от применения данных двух схем будет сопоставима и максимальна.

Расчет экономических характеристик (чистый дисконтированный доход (ЧДД), индекс доходности (ИД), простой и дисконтированный сроки окупаемости) инвестиционных проектов организации отобранных схем был произведен для условий города Киров. Показано время эксплуатации установок в сутки, необходимое для достижения положительного эффекта за срок эксплуатации до первого капитального ремонта, который был принят равным 10 годам. Так, например, при эксплуатации менее 8 часов в день даже затраты на установку КТУ, незначительные в сравнении с вложениями в схемы с ТНУ, не будут возвращены в полном объеме.___________

б)

Рис. 11 Зависимость: а) ЧДД от реализации инвестиционного мероприятия внедрения ТНУ в конвективную сушильную установку от доли загрузки ТНУ; б) капиталовложений и эксплуатационных затрат (здесь - без учета дисконтирования) за принятый срок в 10 лет от доли загрузки ТНУ

800 & 600 400 200 0

0,2 0,4 0,6 0,8 Доля загрузки ТНУ

На основании полученных результатов можно сделать вывод о целесообразности организации схемы с одновременным применением КТУ и ТНУ при значительной величине часов использования оборудования в год, когда достижимая экономия позволяет окупить значительные первоначальные капиталовложения. Также можно сделать вывод о необходимости проведения технико-экономических расчетов вновь предложенных вариантов организации схем энергосберегающей конвективной сушки термолабильных материалов в зависимости от количества часов их эксплуатации. Для оценочных расчетов

применительно к рассмотренным в данной работе схемам может быть использован график на рис. 10.

Также было проведено численное исследование зависимости величины ЧДД от доли возможной нагрузки, покрываемой за счет ТНУ, в схемах, где для утилизации теплоты отработанного сушильного агента используется именно это мероприятие. Выявлено существование оптимального распределения тепловой нагрузки между ТНУ и прочими источниками теплоты (КТУ, дополнительный подогреватель). Оптимум вызван ощутимым уменьшением исходных капиталовложений при снижении доли использования теплового насоса и сопровождающим его ростом эксплуатационных затрат на функционирование схемы.

Результаты данного исследования на примере схемы с ТНУ с дополнительным подогревателем приведены на рис.11. В рассматриваемых условиях можно добиться увеличения чистого дисконтированного дохода от реализации инвестиционного мероприятия внедрения ТНУ на 22,7%, из чего можно сделать вывод о необходимости проведения, по крайней мере, оценочных расчетов технико-экономических показателей для выбора мощности ТНУ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Впервые представлены, систематизированы и сопоставлены все возможные варианты энергосберегающих схем (49 схем) конвективной сушки термолабильных материалов при одновременном применении рециркуляции, КТУ и ТНУ в различных комбинациях с целью утилизации теплоты отработанного сушильного агента.

2. Разработана обобщенная математическая модель установки конвективной сушки термолабильных материалов, а также ее отдельных элементов при использовании теплоты отходящего сушильного агента в технологическом цикле за счет рециркуляции, применения парокомпрессионного теплового насоса и пластинчатого воздухо-воздушного конденсационного теплообменника-утилизатора. Модель позволяет проводить расчеты схем с комбинированным использованием теплоты отходящего сушильного агента путем его рециркуляции, применения КТУ и ТНУ.

3. Проведена оптимизация 49-ти возможных схем конвективной сушки термолабильных материалов (на примере семян тмина) при одновременном применении рециркуляции, КТУ и ТНУ в различных комбинациях с использованием разработанной модели. Впервые показано, что наибольшая экономия первичного условного топлива достигается при применении схемы с парокомпрессионной ТНУ. В рассмотренном в работе диапазоне рабочих технологических параметров (температура наружного воздуха от -33°С до +28,9°С; производительность сушильной установки от 300 до 440 кг/ч по исходному продукту; температура сушильного агента 45° С) экономия первичного условного топлива составляет до 50-54%.

Также обоснована перспективность схемы с одновременным применением КТУ и ТНУ, позволяющей достигнуть наибольшего экономического эффекта за счет снижения требуемых капиталовложений при достижении соизмеримой величины экономии топлива.

4. Выявлено, что в схемах, где для утилизации теплоты отработанного сушильного агента используется ТНУ, существует оптимальное распределение тепловой нагрузки между ТНУ и прочими источниками теплоты (КТУ, дополнительный подогреватель), при котором достигаются наилучшие значения технико-экономических показателей.

5. Предложен метод расчета парокомпрессионного теплового насоса, позволяющий отказаться от использования таблиц и диаграмм теплофизических свойств за счет применения полиномиальных и рациональных функций, дающий возможность интегрировать результаты в другие программы.

6. Разработаны программные модули для расчета времени сушки древесины в камерных конвективных сушильных установках периодического и непрерывного действия в соответствии с РТМ по технологии камерной сушки пиломатериалов, позволяющие производить расчеты, отказавшись от трудоемкого метода с использованием таблиц.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

t - температура, °С; р -давление, бар; h- энтальпия, кДж/кг; Я - энтальпия влажного газа, Дж/кг; s - энтропия, кДж/кг; р - плотность, кг/м3; ср - удельная теплоемкость, кДж/(кг К); v - кинематическая вязкость, м2/с; Х- коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); /3 - коэффициент массоотдачи, отнесенный к разнице концентраций, м/с; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К); С -коэффициент влаговыпадения; q - плотность потока теплоты, Вт/м ; у -коэффициент развития поверхности теплообмена; щ - КПД оребренной поверхности теплообмена; L - длина поверхности теплообмена КТУ, м; G -массовый расход теплоносителя, кг/с; х - декартовы координаты, м; Индексы: 1 - горячий влажный газ; 2- холодный теплоноситель; w- стенка; вход в теплообменный аппарат; "- выход их теплообменного аппарата. Сокращения: КТУ - конденсационный теплоутилизатор; ТНУ - теплонасосная установка; ТНСУ - теплонасосная сушильная установка; ВЭР - вторичные энергоресурсы; ЧДД - чистый дисконтированный доход; ИД - индекс доходности.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Гаряев А.А., Яковлев И.В. Оценка эффективности тепловых насосов в процессах конвективной сушки// Вестник МЭИ.-2010. — №3. - С.63-70.

2. Гаряев А.А., Данилов О.Л. Применение тепловых насосов в теплотехнологиях// Третья Всероссийская школа-семинар молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика»: Сб. трудов - М.: Издательство МЭИ. -2006. - С.163-168.

3. Гаряев A.A., Данилов О.Л. Применение тепловых насосов в теплотехнологиях// Тринадцатая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. - М.: Издательство МЭИ. -2007. - Т.2. - С.418-419.

4. Гаряев A.A., Яковлев И.В. Оценка энергоэффективности применения теплонасосных установок в процессах конвективной сушки// Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) СЭТТ-2008: Тр. Ш-й Межд. науч.- практ. конф., в 2-х томах.-2008.-Т.2.-С.272-276.

5. Гаряев A.A., Яковлев И.В. Оценка энергоэффективности применения теплонасосных установок в процессах конвективной сушки с рециркуляцией// Четвертая Всероссийская школа-семинар молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика»: Сб. трудов - М.: Издательский дом МЭИ. -2008. -С.189-191.

6. Гаряев A.A., Яковлев И.В. Оценка энергетической эффективности системы «технологическая установка - тепловой насос»// Четырнадцатая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. - М.: Издательский дом МЭИ. -2008. - Т.2. - С.373-374.

7. Гаряев A.A., Яковлев И.В. Оценка энергетической эффективности совместного применения рециркуляции и теплового насоса при конвективной сушке// Пятнадцатая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. -М.: Издательский дом МЭИ. -2009. - Т.2. - С.390-391.

8. Гаряев A.A., Яковлев И.В. Энергоэффективность применения рециркуляции и теплового насоса в процессах конвективной сушки// Шестнадцатая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. - М.: Издательский дом МЭИ. -2010. - Т.2. - С.438-440.

9. Гаряев A.A., Яковлев И.В. О выборе режимов сушки древесины с использованием тепловых насосов// Международная научно-практическая конференция «Биоэнергетика и биотехнологии - эффективное использование отходов лесозаготовок и деревообработки»: Тез. докл -2009 - С.47.

10. Гаряев A.A., Яковлев И.В. Сравнение энергетической эффективности мероприятий по использованию теплоты уходящего сушильного агента в конвективной сушке// Пятая Всероссийская школа-семинар молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика»: Сб. трудов - М.: Издательский дом МЭИ. -2010. - С.43-46.

Подписано в печать XD< О Ь • ff I ■ Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

Зак. ¡kí: Тир. КС Пл. ¡Jó

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Гаряев, Антон Андреевич

Список основных обозначений.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Энергосберегающие мероприятия в конвективной сушильной технике, связанные с утилизацией теплоты отработанного сушильного агента.

1.1 Анализ научных работ, посвященных утилизации теплоты уходящих сушильных газов.

1.2 Мероприятия, применяемые при сушке термолабильных материалов.

1.2.1 Применение рециркуляции отходящих газов.

1.2.2 Использование теплонасосных установок для повышения эффективности процесса конвективной сушки.

1.2.3 Использование конденсационных теплообменников-утилизаторов.

1.3 Описание объекта исследования.

1.4 Постановка целей и задач исследования.

Глава 2. Разработка обобщенной математической модели конвективной сушильной установки и ее элементов с использованием мероприятий по утилизации теплоты отходящих газов.

2.1 Математическая модель статики и кинетики процессов сушки влажных материалов в камере.

2.2 Математическая модель обработки сушильного агента в теплонососной установке.

2.2.1 Разработка метода расчета процессов в теплонасосной установке.

2.2.1.1 Расчет парокомпрессионного цикла работы ТНУ.

2.2.1.2 Особенности расчета испарителя теплового насоса.

2.2.1.3 Особенности расчета конденсатора теплового насоса.

2.2.2 Сравнение модельных расчетов теплонасосной установки с результатами экспериментальных исследований.

2.3 Математическая модель пластинчатого воздухо-воздушного конденсационного теплоутилизатора.

2.4 Разработка комплексной модели сушильной установки с энергосберегающими мероприятиями по утилизации теплоты отработанного влажного сушильного агента.

2.5 Определение данных для расчета энегосберегающего эффекта на основе разработанных графиков продолжительности стояния температур наружного воздуха.

Глава 3. Анализ результатов расчета энергосберегающего эффекта в различных схемах утилизации теплоты отходящих газов конвективной сушильной установки непрерывного действия, применяемой для обезвоживания термолабильного материала.

3.1 Критерии сопоставления схем.

3.2 Сопоставление схем, работающих в теплый период года.

3.2.1 Анализ эффективности схем с одновременным применением теплонасосной установки и рециркуляции.

3.2.2 Анализ эффективности схем с одновременным применением конденсационного теплоутилизатора и рециркуляции.

3.2.3 Анализ эффективности схем с одновременным применением теплонасосной установки и конденсационного теплоутилизатора.

3.3 Сопоставление схем, работающих в холодный период года.

3.3.1 Анализ эффективности схем с одновременным применением теплонасосной установки и рециркуляции.

3.3.2 Анализ эффективности схем с одновременным применением конденсационного теплоутилизатора и рециркуляции.

3.3.3 Анализ эффективности схем с одновременным применением теплонасосной установки и конденсационного теплоутилизатора.

Глава 4. Технико-экономическая оценка мероприятий по утилизации теплоты отработанных газов в конвективных сушильных установках для обезвоживания термолабильных материалов.

4.1 Расчет экономических показателей отобранных энергосберегающих схем конвективной сушки термолабильных материалов.

4.2 Метод расчета оптимальной величины мощности, покрываемой ТНУ для заданных условий рассматриваемого периода.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ.

Введение 2011 год, диссертация по энергетике, Гаряев, Антон Андреевич

Наибольший потенциал применения теплонасосных установок и конденсационных теплоутилизаторов для использования теплоты отходящего сушильного агента сосредоточен в тех теплотехнологических процессах сушки, в которых агент имеет невысокую температуру. К таким 7 процессам относится сушка термолабильных материалов. Сушка указанных материалов (семена, протеин, лактоза, молочный порошок, винная и лимонная кислота и т.д.) имеет широкое применение в пищевой, фармацевтической и химической промышленности. Повышение эффективности использования теплоты может привести к существенной экономии энергетических ресурсов в масштабах данной отрасли.

Научная новизна

4. Показано, что наилучшими технико-экономическими показателями (чистый дисконтированный доход, срок окупаемости) обладает схема с совместным применением КТУ и ТНУ вне зависимости от времени года и климатических условий. При этом экономия первичного условного топлива соизмерима с экономий в схеме с применением только ТНУ.

5. Показано, что в схемах с утилизацией теплоты отработанного сушильного агента посредством ТНУ существует оптимальное, с точки 8 зрения технико-экономических показателей, распределение тепловой нагрузки между ТНУ и другими источниками теплоты (КТУ, дополнительный подогреватель).

Практическая ценность

1. Разработанные в диссертации математическая модель и программный модуль позволяют производить трудоемкие (в том числе многовариантные) расчеты энергосберегающих схем установок конвективной сушки термолабильных материалов с утилизацией теплоты отходящего сушильного агента при применении рециркуляции, парокомпрессионного теплового насоса и конденсационного теплоутилизатора. После соответствующей модификации разработанный программный модуль может быть применен для расчета и сопоставления энергосберегающих схем установок конвективной сушки для других типов материалов и применяемого оборудования.

На защиту выносятся: • Математическая модель и программный модуль расчета энергосберегающих схем установок конвективной сушки термолабильных материалов и элементов схем с применением рециркуляции, ТНУ, КТУ во всем спектре комбинаций.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на национальных и международных конференциях: 13, 14, 15и16 Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Москва, 2007-2010 гг.; Третьей, Четвертой и Пятой Всероссийской школе-семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение — теория и практика». Москва, 2006, 2008 и 2010 г.; Третьей Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов)». Москва, 2008 г.; Международной научно-практической конференции "Биоэнергетика и биотехнологии - эффективное использование отходов лесозаготовок и деревообработки". Москва, 2010 г.

Заключение диссертация на тему "Оптимизация энергосберегающих схем установок конвективной сушки термолабильных материалов"

от истины. Также можно сделать вывод о необходимости проведения, по крайней мере, оценочных технико-экономических расчетов для различных долей использования мощности теплонасосных установок. ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

3. Проведена оптимизация 49-ти возможных схем конвективной сушки термолабильных материалов (на примере семян тмина) при одновременном применении рециркуляции, КТУ и ТНУ в различных комбинациях с использованием разработанной модели. Впервые показано, что наибольшая экономия первичного условного топлива достигается при применении схемы с парокомпрессионной ТНУ. В рассмотренном в работе диапазоне рабочих технологических параметров (температура наружного воздуха от -33°С до +28,9°С; производительность сушильной установки от 300 до 440 кг/ч по исходному продукту; температура сушильного агента 45°С) экономия первичного условного топлива составляет до 50-54%.

Особенно важными с т.з. возможности применения рециркуляции в качестве энергосберегающего мероприятия при конвективной сушке термолабильных материалов являются выводы О.Л. Данилова о существовании т.н. инверсии интенсивности испарения: при низких температурах с ростом влагосодержания агента сушки наблюдается снижение интенсивности испарения, при высоких температурах — рост интенсивности, а в промежуточной области температур зависимость интенсивности испарения от влагосодержания имеет минимум (при температуре инверсии). В силу того, что температура инверсии достаточно высока, было сделано заключение о нецелесообразности использования рециркуляции в качестве мероприятия, снижающего расход энергии и ресурсов, при низкотемпературной конвективной сушке. Опережающий рост времени сушки, вызванный увеличения влагосодержания сушильного агента на входе в камеру, в сравнении со снижением требуемой тепловой мощности на его подготовку, означает целесообразность установки рекуператора для утилизации теплоты отработанного сушильного агента вместо его рециркуляции. Однако, на практике, применение последней в процессах низкотемпературного обезвоживания является достаточно распространенным; причина кроется в ее положительном влиянии на конечный продукт с т.з. уменьшения количества брака сушки. Именно поэтому среди исследуемых схем фигурируют варианты с возвратом отработанного агента сушки в технологический процесс; при этом основной упор в исследовании будет сделан на схемы ее совместного применения с КТУ и ТНУ. Что касается работ по совместному применению рециркуляции с теплонасосной установкой или конденсационным теплоутилизатором, то в первом случае теоретическая и экспериментальная проработка вопроса находится на достаточно высоком уровне лишь для ограниченного числа схем, где речь идет о полном возврате сушильного агента в систему (п.1.2.2), и недостаточна во втором (п. 1.2.3).

Важно отметить: исследований непосредственно самой рециркуляции в работе производиться не планируется; будет отслеживаться лишь ее влияние на энергозатраты схем конвективной сушки термолабильных материалов при совместном использовании с другими энергосберегающими мероприятиями. Цель такого исследования — оценить возможные дополнительные затраты, вызванные организацией рециркуляции отработанного воздуха при низкотемпературной конвективной сушке, необходимость в которой может быть продиктована условиями режима сушки для получения конечного продукта более высокого качества.

1.2.2 Использование теплонасосных установок для повышения эффективности процесса конвективной сушки

Первые теоретические и экспериментальные исследования вопроса использования тепловых насосов в процессах сушки/обезвоживания датированы серединой прошлого века. Так одним из первых применений теплового насоса для обезвоживания была работа фирмы 8и1гег [12]: обезвоживание подземных полостей в Германии в 1943 г. При этом уже тогда речь шла о глубокой утилизации теплоты влажного воздуха: теплота конденсации содержащейся в нем влаги использовалась для подогрева входящего свежего воздуха. Другим примером может послужить, возможно, первая экспериментальная зерносушильная установка, разработанная в США в 1950 г. (рис. 1.2.2.1) - это была установка бункерного типа с замкнутым контуром циркуляции сушильного агента, в качестве которого выступал воздух. Переменными в исследовании были температура воздуха (43-54°С) и его расход (550-2000 м /ч), при этом на практике оказалось, что потребление энергии очень хорошо согласовывалось с результатами теоретических исследований 1949 г. При температуре 54°С и расходе 800-1000 м3/ч затраты энергии соответствовали уровню 0,28 кВтч/кг.

Сразу необходимо отметить, что преобладающее число всех работ сопряжено с применением парокомпрессионных тепловых насосов с электроприводом для низкотемпературных процессов сушки в силу их наибольшего распространения и простоты организации систем с их использованием. В работе было решено остановиться на рассмотрении энергосберегающих схем с применением данного типа ТНУ в силу тех же причин.

Рис. 1.2.2.1. Экспериментальная теплонасосная сушилка зерна, испытанная в США в 1950 г. А - электродвигатель; В - компрессор; С - конденсатор; D - испаритель; Е -вентилятор; F - двигатель вентилятора; G - водяной теплообменник;

1 - три термопары с осреднением показателей; 2 - четыре термопары; 3 - влажный и сухой спай термопары; 4 - измеритель влажности (психрометр); 5 - термопарный датчик;

6 - четыре термопары с осреднением показателей; 7 - измеритель расхода

Одним из первых применений конденсационных сушильных установок в коммерческих целях и достаточно больших масштабах (около 100 ед.) была разработанная компанией Westair камерная сушилка периодического действия с теплонасосным осушителем, где сушильный агент циркулирует по замкнутому контуру без выброса в атмосферу, осушаясь в его испарителе и нагреваясь - в конденсаторе. Выброс агента сушки в атмосферу не производится до окончания цикла сушки; свежий агент может поступать в камеру лишь для восполнения потерь в основном контуре циркуляции. Аналогичная система была также организована для обезвоживания керамических фильтров для воды, требующих сушки до обжига и после испытаний. В обоих случаях речь шла о замере электрокалориферов, что обусловило значительную экономию и вместе с тем снижение количества брака.

Из всего этого можно сделать следующий вывод — уже на первом этапе становления теплонасосных сушильных установок (ТНСУ) проводились теоретические исследования данных систем, которые затем подтверждались экспериментальными данными. Правда на тот момент речь шла лишь о единичных расчетах, проводимых для отдельных установок организованных на основании простейших схем. Следующий этап развития ТНСУ начался в конце 60-х — начале 70-х годов прошлого века; вызван он был энергетическим кризисом. Высокие цены на топливо дали толчок поиску новых нетрадиционных источников энергии и широкому использованию тепловых насосов. В СССР процесс внедрения ТНУ шел гораздо медленнее, что объясняется применением централизованного теплоснабжения от крупных котельных. Однако рост цен на энергоносители на внешнем и внутреннем рынках заставил исследователей приблизительно с конца 80-х годов также начать движение в сторону поиска альтернативных решений теплоснабжения. Именно в этот период была накоплена основная часть теоретической и практической базы применения тепловых насосов в сушильной технике в частности, и в низкотемпературных теплотехнологических процессах вообще. Наиболее подробная проработка данного вопроса была выполнена Янторовским Е.И.

Им был предложен один из возможных вариантов простейшей классификации сушильных установок конвективного типа с применением тепловых насосов. В [13] она представлена следующими вариантами установок:

1. Прямоточная сушильная установка с тепловым насосом;

2. Прямоточная сушильная установка с тепловым насосом и дополнительным подогревателем, в случае невозможности нагрева агента сушки до требуемой температуры;

3. Сушильная установка с теплонасосным осушителем, в которой агент сушки движется по замкнутому контуру циркуляции в системе; при этом в случае наличия избыточной мощности конденсатора предлагается два пути решения данной проблемы:

3.1 байпасированием части сушильного агента мимо испарителя теплового насоса;

3.2 применением двухсекционного конденсатора; избыток теплоты сбрасывается с одной из секций в окружающую среду.

О 0,1 0,2 0,3 <7,4 0Г5 0,8 0,7 0,8 0,3 1,0 0 V °>г V °,6 °,в Ю

Относительная влажность „ Относительная влажность

Воздуха на выходе из сушилки Воздуха на выходе из сушилки а) б)

Рис. 1.2.2.2. Результаты сравнительного анализа схем утилизации теплоты отработанного сушильного агента с применением ТНУ а) - температура наружного воздуха 0°С, относительная влажного наружного воздуха 100%, температура воздуха на выходе из сушилки 30°С; б) - температура наружного воздуха 0°С, относительная влажного наружного воздуха 100%, температура на выходе из сушилки 50°С;

А - отсутствие утилизатора; В - рекуператор; С - тепловой насос; Э — тепловой насос с дополнительным нагревателем; Е — теплонасосный осушитель без байпасирования воздуха; Р - теплонасосный осушитель с байпасированием воздуха

Там же были приведены результаты ряда теоретических и экспериментальных исследований ТНСУ, и результаты сравнительного анализа удельного теплопотребления всех перечисленных в классификации вариантов схем (рис. 1.2.2.2). На основании этих данных был сделан вывод о наибольшей эффективности применения схемы осушителя на базе ТНУ с байпасом. Однако сам автор понимает некоторую некорректность применения данного критерия сопоставления, т.к. не учтен факт различия времени, требуемого на сушку одинакового количества материалов, в данных установках: указывается на отсутствие целесообразности организации рециркуляции в прямоточных сушильных установках с тепловым насосом, т.к. она влечет за собой увеличение времени сушки и как следствие суммарных затрат. По данному критерию схема с байпасом может оказаться чуть ли не худшей. Также на данный факт указывает [20]: по расходу тепла и электроэнергии сушилки с замкнутым циклом и конденсацией испаренной воды, как правило, менее экономичны, чем обычные конвективные сушилки.

При этом результаты данного анализа сами подчеркивают необходимость более глубокой проработки даже данных простейших вариантов схем внедрения теплового насоса в технологический процесс сушки: какова доля оптимального дополнительного нагрева, какова величина требуемого/оптимального байпасируемого расхода и пр. Даже если исследования такого характера и были произведены, то отсутствие в доступе подробного, систематизированного описания их результатов тормозит развитие ТНСУ.

Вообще наибольшее распространение получили теплонасосные сушильные установки древесины, некоторые сорта которого также сушатся при низких температурах (мягкие, нормальные режимы). Это объясняется значительными объемами конвективной сушки данного материала по сравнению со всеми прочими [14, 15]. Для сушки древесины с тепловым насосом в абсолютном большинстве случаев характерно применение схемы с замкнутой циркуляции агента сушки (с теплонасосным осушителем). Если отойти от древесины, как единственного материала сушки, то в общем в качестве причин организации именно такой схемы приводятся различные варианты:

- снижение брака сушки, вызванного значительной неравномерностью градиентов температур и влажностей в камере во времени [12];

- необходимость возврата растворителя в производственный цикл [19, 20];

- экономическая/экологическая нецелесообразность выброса сушильного агента в атмосферу при использовании в его качестве инертного газа (избежание окисления конечного продукта кислородом, сушка взрывоопасных материалов) [1];

- значительная загрязненность, токсичность отработанного сушильного агента [19, 20];

- необходимость/желание снизить тепловые выбросы низкого потенциала.

Ь ап\м

Рис. 1.2.2.3. ТНСУ с двумя температурными уровнями сушильного агента [13] I - двухступенчатый турбокомпрессор; II, III - двухсекционный конденсатор; IV ,VI — регулирующий вентиль; V - промежуточный сосуд; VII - испаритель; VIII, IX, XII -вентилятор; X, XI - сушилка; XIII - узел смешения;

Для сушки древесины первый фактор является определяющим. Помимо замкнутого контура сушильного агента (с байпасом у испарителя) для большинства ТНСУ древесины характерен периодический принцип действия, хотя существуют варианты и с непрерывной сушкой. Производство такого рода камер, называемых еще конденсационными, налажено несколькими иностранными фирмами, помимо описанной выше: MAC, Valmet, Luca и др. Некоторые российские компании также наладили производство конденсационных установок для камерной сушки, например, фирма «Скрон» наладила выпуск трех типоразмеров ТН-12, 20 и 30 с соответствующими объемами загрузки камеры; сушильный агрегат «Холод-тепло», собираемый из отдельных элементов иностранного производства; комплекс для сушки «Блок В» и пр.

При анализе работ в области ТНСУ невозможно оставить без внимания работы Чайченеца Н.С. [22, 23], датированные приблизительно тем же периодом и направленные на исследование вопросов сушки еще одного вида материала, не уступающего древесине в объемах, - зерна. Им были предприняты попытки описать, помимо варианта с «традиционной» замкнутой циркуляцией, более сложные схемы работы конвективных сушильных установок с применением тепловых насосов: ТНСУ с двумя температурными уровнями (схожая схема была также исследована экспериментально в работе [28]), ТНСУ в комбинации с солнечными панелями или тепловыми трубами и пр. лЗ .Со vVv1 Ш

L§ ЯТ '

WA J

Рис. 1.2.2.4. ТНСУ с каскадным тепловым насосом [13] 1, VI -компрессоры; II - конденсатор-испаритель, III -регенеративный теплообменник; IV , VIII - регулирующие вентили; V - испаритель; VII — конденсатор; IX - теплообменник, X - узел смешения, XI, XIV, XV - вентиляторы; XII - сушилка; XIII - охладитель;

Появление в схемах узла смешения делает возможным внедрение рециркуляции одновременно с парокомпрессионной теплонасосной установкой, и в данном случае речи о замкнутом контуре для сушильного агента не идет. Однако информации по изучению разомкнутых схем сушки с применением теплового насоса приведено немного. Упомянута такая установка из университета Пэрдью (США), экспериментальное исследование которой показало возможность снижения энергетических затрат на 63% при отказе в ее пользу от прямотока с электронагревом. И приводится ссылка на исследования Геттингенского университета [24], подтверждающие экономичность варианта организации системы ТНСУ по такому принципу.

Необходимо подчеркнуть важную роль работ данного автора в развитии и дальнейшем исследовании теплонасосной сушки. Предложенные схемы видятся достаточно перспективными, а их теоретические исследования характеризуются высокой степенью проработки. Правда итог исследований несколько смазан: даже при условии выбора одного варианта материала (зерна) отсутствуют рекомендации по применению данных схем и величины экономии, которой можно будет достичь в рассматриваемых условиях.

При описании различных вариантов компоновки элементов схем сушки термолабильных материалов, а таковых на настоящий момент накопилось уже достаточно много, становится очевидной необходимость их сравнительного анализа и разработки систематизированного перечня рекомендаций по их применению. При этом необходимо уделить схемам с разомкнутым кольцом циркуляции агента сушки достаточно внимания из-за недостаточности исследований данного варианта в нашей стране.

На настоящий момент следует отметить не спадающий интерес к данной тематике. Значительный рост цен на топливо заставляет искать все возможные способы снижения энергозатрат в таком распространенном технологическом процессе, как конвективная сушка. Все новые работы появляются как в российской [16, 17, 26], так и зарубежной литературе [15, 18]. Работы касаются сушки всевозможных материалов, в основном термолабильных, таких как водоросли, фрукты, протеин и пр. Практически все работы по с применением ТНУ носят общий и скорее информационный характер, предлагая лишь новые виды сушимых материалов, а не возможные схемы организации процесса, не сообщая при этом величины возможной экономии энергетических и экономических ресурсов и других важных результатов исследования.

Наиболее подробный обзор зарубежной литературы по данной тематике приведен в [23]. Рассмотрено и проанализировано более 30-ти работ, отражающих общий уровень проработки вопроса применения ТНСУ для технологических нужд. При этом необходимо отметить совпадающую направленность работ зарубежных исследователей и вопросов, прорабатываемых в нашей стране. Из общего числа работ в нашей стране последнего времени необходимо выделить исследования Захарова М.К. [29, 30, 31]. Последние диссертационные работы по теме ТНСУ принадлежат Евдокимову A.B. и Гришину Б.И. Захаровым М.К. проводилось теоретическое исследование конвективной сушильной установки в химической промышленности, работающей опять-таки по замкнутому циклу. Результаты однако представляют определенный интерес, т.к. производится сравнение результатов работы такой установки для различных инертных по отношению к материалу сушильных агентов: азот, гелий. Есть и некоторое количество русскоязычных экспериментальных исследований сушильных комплексов, например, работы Чалаева Д.М. в области усовершенствования режимов обезвоживания термолабильных материалов с применением тепловых насосов [26]. Но при этом необходимо отметить ощутимый и отличительный дисбаланс экспериментальных и теоретических работ исследования сушильных установок с применением теплонасосных установок, выполненных в нашей стране.

Из доступных литературных источников по рассматриваемой тематике можно сделать выводы о достаточно серьезной проработке вопросов внедрения парокомпрессионных тепловых насосов в технологический процесс сушки термолабильных материалов. Начало исследованиям по данному вопросу было положено давно: в середине прошлого века. Необходимо заметить, что с тех пор и до настоящего момента учеными были проанализированы и исследованы теоретически и экспериментально различные варианты схем ТНСУ. Однако, рассмотрены далеко не все варианты и что даже более важно, отсутствуют сравнительный анализ и рекомендации по их применению. Зачастую в пределах одной работы рассматривается несколько схем, но в результате не ясно, какая и в каких случаях лучше, и сколько энергетических и финансовых ресурсов можно сэкономить за счет ее применения. Из всего проделанного анализа работ в области ТНСУ можно сделать вывод о необходимости одновременного рассмотрения максимального числа теоретически реализуемых схем, отбора практически реализуемых и проведения подробного и наглядного сравнительного анализа.

1.2.3 Использование конденсационных теплообменников-утилизаторов

Перспективность применения КТУ в конвективной сушильной технике очевидна, потому уже на протяжении длительного промежутка времени разрабатываются и применяются сушильные камеры, оборудованные рекуперационными установками для полезного использования теплоты отработанного сушильного агента. Большинство из установок зарубежного производства изначально оборудованы системами утилизации теплоты выбрасываемого в атмосферу воздуха, примером могут послужить камерные установки для сушки древесины финской фирмы «Уа1шеЬ>. На рис. 1.2.1.1 приведена схема установки «Уа1те1:-1», предназначенной для сушки мягкими режимами хвойных пиломатериалов, главным образом экспортных, до транспортной влажности. Температура сушильного агента не превышает 55°С, что позволяет ее использовать для иных пород древесины, обладающих свойствами термолабильности. При этом в [14] приводятся данные о возможности экономии 10. 15% тепловой энергии на сушку даже при невысокой температуре агента сушки. Существуют и отечественные камеры непрерывного действия с рекуператорами: СП-5КМ, СП-5КМ-3 и др.

Еще одна из последних работ по сушке древесины с применением рекуператоров, которую необходимо отметить [36] достаточно подробно описывает простейшие варианты схем с применением рециркуляции и КТУ. Приведены результаты вычислений применительно к мягким режимам сушки древесины.

Однако, не во всех областях сушки, где возможно применение низкотемпературных процессов, использование КТУ распространено. Так в соответствии с [34] находящиеся в эксплуатации сушилки солода отечественных конструкций теплоутизизаторов не имеют вообще. В отличие от зарубежных аналогов, настоятельно требующих их применения; даже весьма низкоэффективные теплообменники перекрестного тока из стеклянных трубок, используемые на всех западных солодосушилках большой мощности, позволяют экономить в среднем около 30% тепловой энергии. При этом речь идет уже о КТУ, т.к. утилизируется не только явное тепло отработанного агента сушки, но и скрытое тепло конденсации водяных паров, содержащихся в нем.

Рис. 1.2.1.1. Принципиальная схема камеры «Уа1те1>1» 1 - штабель; 2 — роликовый конвейер; 3 - двери; 4 - коридор управления; 5 - скруббер; 6 - теплорекуператор: 7 - канал свежего воздуха; 8 - канал отработавшего воздуха; 9 вентилятор; 10 - калорифер

По мнению некоторых авторов перспективным направлением является применение КТУ с промежуточным теплоносителем [34, 33] и использованием тепловых труб [3, 33], однако в пределах данной работы рекуператоры такого типа рассматриваться не будут.

Что касается вопросов совместного применения КТУ с ТНУ, то исследования данного вопроса в нашей стране находятся на зачаточном уровне. Немногочисленные зарубежные работы (экспериментальные и теоретические), такие как [35] также предоставляют крайне мало информации о схемных решениях, возможной экономии за счет применения одновременно двух утилизаторов тепла отходящих газов. При условии перспективности данного направления экономии энергетических ресурсов в области конвективной сушки необходимость проработки и исследования данного вопроса очевидна. 1.3 Описание объекта исследования

Принципиальный вид объекта исследования, а именно: сушильной установки, на основании которой будет рассматриваться возможность применения схем одновременного применения двух энергосберегающих мероприятий, представлена на рис. 1.3.1. Это конвективная сушилка (ВИС-2) камерного типа небольшой производительности, использующая в качестве агента сушки воздух, с поворачивающимися полками системы В.И. Строганова для сушки пищевых сыпучих материалов: лапши, вермишели и т.п., в т.ч. может применяться и для сыпучих термолабильных материалов. В камере система полок составлена из отдельных поворачивающихся на 90° металлических пластин, кинематически связанных одна с другой. Кинематическая схема передачи для поворота пластин выполнена в виде цепного привода, имеющего один палей с роликом, который поочередно поворачивает кулачковые шайбы, связанные с рычагами тяг. Эти рычаги, в свою очередь, поворачивают 16 пластин (1,1 х 0,3 м ), составляющих полки, общее число которых составляет 20 единиц. При повороте пластин верхней полки на 90° материал пересыпается на пластины нижней полки, находящиеся в горизонтальном положении. Обратный поворот пластин производится пружиной.

Рис. 1.3.1. Сушилка типа ВИС-2 системы В.И. Строганова 1 - вентилятор; 2 - загрузочная каретка; 3- загрузочное устройство; 4 - воздушные короба; 5 - поворотные пластины; 6 - разгрузочный бункер

В такой сушилке материал движется сверху вниз, а воздух движется над материалом в горизонтальном направлении перекрестным током, благодаря чему расход энергии на привод вентилятора невелик по сравнению с шахтными сушилками, где воздух продувается через слой материала. При этом сушильный агент омывает 5 полок, затем его направление меняется на 180° и воздух проходит над следующими полками и т.д. Плюс воздух омывает материал при пересыпании его с полки на полку. Центробежный вентилятор, штатно — ЭВР-5, может подавать воздух как из помещения, в котором размещена камера, так и из-за его пределов. В работе будет рассматриваться второй вариант с использованием наружного воздуха.

Подогрев воздуха может производиться паром в компактных пластинчатых воздухоподогревателях; для установки, производимой на Шебекинском заводе, применялся калорифер с площадью теплообменной поверхности 78 м2. Загрузка материала осуществляется при помощи тележечного передвижного аппарата, который имеет переменно-возвратное движение. Материал из течки поступает на первый транспортер, далее на нижний транспортер, качающийся в горизонтальном направлении и раздающий материал равномерно по всему сечению верхней полки. При этом загрузка материала происходит в два слоя при движении транспортера в том и другом направлениях.

Библиография Гаряев, Антон Андреевич, диссертация по теме Промышленная теплоэнергетика

1. Данилов О.Л., Шувалов С.Ю. Энергосбережение в сушильных установках / Под ред. А.Л. Ефимова. М.: Издательство МЭИ, 2002. - 48 с.

2. Данилов О.Л. Теория и расчет сушильных установок. — М.: МЭИ. — 72 с.

3. Данилов О.Л., Шувалов С.Ю. Исследование возможностей интенсификации тепломассообмена при сушке распылением// Silumos energetika ir technologijos, Konferencijos pranesimu medziaga, Kaunas. 2001. -vasario 1,2 d.- C. 237-243.

4. Данилов О.Л., Шувалов С.Ю. Применение математических моделей для оценки потенциала энергосбережения// Межвузовский сборник научных трудов «Проблемы экономии ТЭР на ТЭЦ и предприятиях отрасли ЦБП». Санкт-Петербург: СПбГТУРП, СПбГТУ, СЗТУ. 2001.- с.53-62.

5. Данилов O.JI. Научно-технические основы интенсификации и энергосбережения в сушильных установках: Дисс. в виде научного доклада докт. техн. наук М.: МЭИ, 1996 - 39 с.

6. Данилов О.Л., Коновальцев С.И. Энергосбережение в сушильных установках-М.: Изд-во МЭИ, 1997 18 с.

7. Данилов O.JL, Леончик Б.И. Экономия энергии при тепловой сушке.-М.: Энергоатомиздат, 1986.— 136 с.

8. Коновальцев С.И. Энерго- и ресурсосберегающая оптимизация неравномерного тепломассообмена в технологических аппаратах// Проблемы энергетики,- 1999.- № 7 8,- С. 28 - 36.

9. Коновальцев С.И. Оптимизация неравномерного тепломассообмена — нетрадиционный метод энерго- и ресурсосбережения сушильных установок. Дисс. . докт. техн. наук.-М.: МЭИ, 1999.-361 с.

10. Гаряев А.Б., Данилов О.Л., Ефимов А.Л., Яковлев И.В.

11. Энергосбережение в энергетике и технологиях. Энергосбережение в низкотемпературных процессах и технологиях: учеб. пособие.

12. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы: Пер. с англ. М.: Энергоиздат, 1982.-224 е.: ил.

13. Янторовский Е.И., Левин Л.А. Промышленные тепловые насосы. М.: Энергоатомиздат, 1989. — 128 е.: ил. - (Экономия топлива и электроэнергии).

14. Справочник по сушке древесины/ Е.С. Богданов, В.А. Козлов, В.Б. Кунтыш, В.И. Мелехов/ Под редакцией Е.С. Богданова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Лесн. пром-сть, 1990.- 304с.

15. Vasile M. Heat pumps for wood drying — new developments and preliminary results// Drying 2004 Proceedings of the 14th International Drying Symposium (IDS 2004)Sao Paulo, Brazil, 22-25 August 2004. - vol. B. - pp. 892-899

16. Гузев О.Ю., Гончарова-Алвес С.В. Инновационная энергосберегающая технология атмосферной двухстадийной сушки с тепловым насосом// Всероссийская конференция «Молодые учёные и инновационные химические технологии»: Тез.докл. — М.:, 2007. — С.13-15

17. Phani К. A., Shahab S., Greg J.S. Performance study of a re-circulating cabinet dryer using a household dehumidifier// Drying Technology an International Journal. 2008. - Vol. 20(8) - pp. 1673-1689

18. Муштаев В.И., Ульянов B.M. Сушка дисперсных материалов. — М.: Химия, 1988.- 352 с. (Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии).

19. Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. М.: Химия, 1970. -432 с.

20. Гаряев А.А., Яковлев И.В. Оценка эффективности тепловых насосов в процессах конвективной сушки// Вестник МЭИ.-2010. №3. - С.63-70.

21. Чайченец Н.С. Оптимальное проектирование теплонасосных сушильных установок. — М.: Холодильная техника, 1989, №2

22. Чайченец Н.С. Теплонасосные установки для сушки зерна. Обзорная информация. Серия «Элеваторная промышленность». — М.: ЦНИИТЭИ, С. 152

23. Хайнзильберг Э.М. Теплонасосные установки в сельском хозяйстве. Обзорная информация. -М.: Холодильная техника. 1989. - №2

24. Малин Н.И. Энергосберегающая сушка зерна. М.: КолосС, 2004. - 240 е.: ил. - (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений).

25. Атаназевич В.И., Воронцов Г.О., Ивентьева О.В. Сушка семян кукурузы. -М.: Агропромиздат, 1986.-95 е., ил.

26. Барко A.B., Беззаботов Ю.С. Экспериментальное исследование сушильной установки на базе теплового насоса// Успехи современного естествознания. 2009. - №8 - С.79-82

27. Захаров М.К. Сравнение эффективности применения различных вариантов теплового насоса// Химическая промышленность 2002. - №8 -С. 1-7

28. Захаров М.К. Об эффективности применения тепловых насосов в процессах сушки влажных материалов// Химическая промышленность. -2002. №9 -С. 1-5

29. Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А. Компенсирующий тепловой насос в химико-технологических процессах (возможности и основы расчета)// Химическая промышленность. 2000. - №9 - С. 12-20

30. Ефремов Г.И. Кинетика сушки нарезки яблок в сушильной установке с тепловым насосом/ Г.И. Ефремов// Пром. теплотехн. 2005.- 27,№6 - С.51-55

31. Pereira С. A. Experimental analysis of a heat pump assisted recuperative air dehumidifier//Engenharia Térmica (Thermal Engineering) 2004. - №5 - p. 56-61

32. Гавриленков A.M., Харченков K.B., Кулинченко B.A., Ширимов A.H.

33. ГОСТ 28115-89 (CT СЭВ 6347-88) Аппараты и установки сушильные. Издательство стандартов, 1989

34. Рашковская Н.Б. Сушка в химической промышленности. Л.: Химия, 1977.-78с.

35. Мальтри В., Петке Э., Шнайдер Б. Сушильные установки сельскохозяйственного назначения: Сокр. пер. с нем./Пер. В.М. Комиссаров, Ю.Л. Фрегер; под. ред. В.Г. Евдокимова. М.: Машиностроение; 1979. -525с.: ил.

36. Флора СССР. Том XVI/ Под. ред. Б.К. Шишкина. Л.: Издательство Академии Наук СССР, 1950. - 647с.: ил.

37. Бакластов A.M. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник. Книга 4. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 586с.

38. Лыков A.B. Теория сушки.- М.: Энергия, 1969. 471с.

39. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. Учебник для студентов технических вузов. Изд.2-е, перераб.г М.: Энергия, 1972

40. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача.- М.: Энергия, 1969.

41. Лебедев П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок. Учеб. для высш. техн. учеб. заведений. -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962.- 320 с.

42. Шубин Г.С. Сушка и тепловая обработка древесины. — М.: Лесн. пром-сть, 1990.-336 с.

43. Бабакин Б.С., Стефанчук В.И., Ковтунов Е.Е. Альтернативные хладагенты и сервис холодильных систем на их основе. Справочное руководство. — М.: Колос, 2000. 160 с.

44. DuPont™ Suva® refrigerants. Technical information.- Temperature Glide in DuPont™ Suva® MP, DuPont™ Suva® HP, and DuPont™ Suva® 407C Series Refrigerant Blends, 2004.

45. DuPont™ Suva® refrigerants. Technical information.- Thermodynamic properties of DuPont™ Suva® R407C refrigerant (R-407C), 2004.

46. Dr. Buchwald H., Flohr F, Hellmann J., König H., Meurer C. Solkane®-Pocket Manual. Refrigeration and Air-Conditioning Technology. Solvay Fluor GmbH, 2008.

47. Solvay Fluor und Derivate Gmbh. Solkane 407C Thermodynamics. — Product Bulletin no.:T/12.00/03/E

48. Solkane®. Refrigerant Software. V.6.0.1.6. Solvay Fluor GmbH

49. Очков В.Ф. Mathcad 12 для студентов и инженеров. С-Пб.: Издательство БХВ-Петербург, 2005. 464 с.

50. Lemmon Е. W. NIST thermodynamic and transport properties of refrigerants and refrigerant mixtures-REFPROP, Version 8.0. Text. / E. W. Lemmon, M. O. McLin-den, M. L. Huber. NIST, 2007

51. Skovrup M.J., Jakobsen A., Rasmussen B.D. CoolPack v. 1.46. Departmentof Mechanical Engineering, Nechnical University of Denmark, 2000.168

52. Волчок В.А., Геллер В.З., Лапардин Н.И. Термодинамические свойства хладонов серии R400// Обладнання та технологи харчових виро-бництв: Тематичний зб1рник наукових праць Донецьк: ДонНУЕТ, 2008,-Вип.19.- С. 9-14

53. Bitzer Kühlmaschinenbau GmbH. Обзор хладагентов. Издание 13. А-501-13. 2004

54. Цветков О. Б., Лаптев Ю. А. Теплофизические аспекты экологических проблем современной холодильной техники// "Материалы X Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ". Казань: Бутлеровские сообщения.- 2002. С.74-78

55. McLinden М.О., Lemmon E.W., Jacobsen R.T. Thermodynamic properties for the alternative refrigerants. ASHRAE/NIST Refrigerants Conference: Refrigerant for the 21st Century. Gaithersburg, VD USA. October 6-7. 1997

56. Table Curve 3D, v.2.06. AISN Software Inc., 1995

57. EN 12900. Компрессоры холодильные. Номинальные условия, допуски и представление характеристик изготовителя, 1999.- 10с.

58. UNEP Monreal Protocol on substances that deplete the ozon layer. Final act date 16 September. 1987. -p.6.

59. Постановление правительства РФ №526 от 24 мая 1995. О первоочередных мерах по выполнению венской конвенции об охране озонового слоя и монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой.

60. Гаряев А.Б., Цепляева Е.В., Шаповалова Г.П. Систематеплоснабжения на основе тепловых насосов, утилизирующих теплотувлажных газов // Промышленная энергетика. 2010. - №8. - С. 25-29.169

61. Невенкин С., Начаев Н. Термодинамични свойства на влажния въздух. Държавно издателство «Техника».- София, 1982

62. Портнов В.Д., Сасин В.Я. Расчет тепломассообменных аппаратов систем искусственного климата. Учебное пособие. М.: Издательский дом МЭИ, 2009. - 60 с.

63. Гаряев А.Б., Яковлев И.В. Утилизация теплоты вторичных энергетических ресурсов в конденсационных теплообменниках. Учебное пособие. — М.: Издательский дом МЭИ, 2009. 120 с.

64. Бялый Б.И. Тепломассообменное оборудование воздухообрабатывающих установок ООО «Веза» — М.: ООО «Инфорт», 2005. -278 с.

65. Данилова Г.Н., Богданов С.Н., Иванов О.П., Мельникова Н.М.

66. Теплообменные аппараты холодильных установок. Л.: Машиностроение, 1973. - 328 с.

67. Vince С. Mei, Ronald Е. Domitrovic, Wayne Н. Brewer, Fang С. Chen, Titu R. Experimental Study of an R-407C Heat Pump Water Heater// ASHRAE Transactions. 2001.

68. Jongmin C, Yongchan K. Influence of the expansion device on the performance of a heat pump using R407C under a range of charging conditions// International Journal of Refrigeration. -2004. № 27. - p.378-384.

69. Hamlaoui A. and Than C. F. Performance Study Of Water-To-Water Heat Pump Using Non-Azeotropic Refrigerant Mixtures R407C. Engineering Faculty, University of Malaya, Pantai Valley, 50603 Kuala Lumpur, Malaysia

70. Cabello R., Torella E., Navarro-Esbri J. Experimental evaluation of a vapour compression plant performance using R134a, R407C and R22 as working fluids// Applied Thermal Engineering. Elsevier.- 2004

71. Hellmann J., Döring R. Comparison of R22, R410a and R407c in a Refrigeration Plant. Solvay Fluor und Derivate GmbH. Product Bulletin №C/11.96/02E. DVK Conference, Leipzig, 1996

72. Döring R., Buchwald H., Eynatten C.: Gemische aus R134a und R23, pvTx-Messungen sowie Ergebnisse weiterer experimenteller und theoretischer Untersuchungen; DKV-Tagungsbericht, 20. Jahrgang (1993) Nürnberg, Bandll/2.S.65ff

73. Johansson A. Replacement of R22 in existing installation: experiences from the Swedish phase out. Royal Institute of Technology. Department of Energy Technology. Stockholm, Sweden.

74. Гаряев А.Б., Яковлев И.В. Утилизация теплоты вторичных энергетических ресурсов в конденсационных теплообменниках: Учеб. пособие. -М.: Издательский дом МЭИ, 2010. 120 с.

75. СНиП 23-01-99 «Строительная Климатология»

76. Официальный сайт «Погода России» http://meteo.infospace.ru

77. Исакович Г.А., Слуцкий Ю.Б.Экономия топливно-энергетических ресурсов в строительстве. -М.: Стройиздат, 1988. —214 с. —(Экономия топлива и электроэнергии)

78. Коллектив кафедры ТМПУ МЭИ (ТУ) под рук. проф. Данилова O.JI. Электронный курс «Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях».

79. Александров A.A., Григорьев Б.А. Таблицы тепло физических свойств воды и водяного пара. Справочник. Второе издание, стереотипное. Издательский дом МЭИ. Москва, 2006.

80. Бурцев С.И., Цветков Ю.Н. Влажный воздух. Состав и свойства: Учеб. пособие. СПб.:СП6ГАПХТ, 1998. - 146с.

81. Насорбин В.В., Сергеев В.В., Тракало Ю.И. Лесосушильные камеры и технология сушки пиломатериалов. Учеб. пособие. Урал. гос. лесотехн. акад. Екатеринбург, 2001. 127с.

82. Богданов С.С., Кунтыш В.Б., Новиков В.В. Рациональное теплоиспользование в современных лесосушильных камерах. Обзорная инф. «Механическая обработка древесины».- М.: 1983. 48с. (ВНИПИЭИлеспром)

83. Акишенов С.И., Корнеев В.И. Проектирование лесосушильных камер и цехов: Учебное пособие. 3-е изд, перераб и под./JITA. СПб, 1992.

84. Шубин Г.С. Физические основы и расчет процессов сушки древесины.-М.: Лесная промышленность, 1973.- 246с.

85. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки пиломатериалов/ ОАО «Научдревпром ЦНИИМОД».- Архангельск, 2000.-125с.

86. Рассев А.И. Сушка древесины. Учебник для проф-тех. училищ.- М.: Издательство «Высшая школа», 1980. 181с.

87. Богданов Е.С., Мелехов В.И., Кунтыш В.Б. ./ под редакцией канд. техн. наук Богданова Е.С. Расчет, проектирование и реконструкция сушильных камер.-М.:Экология, 1993. -352с.

88. Шубин Г.С. Сушка и тепловая обработка древесины.- М.: Лесная промышленность, 1990. —. 336с.

89. Кокорин О.Я. Установки кондиционирования воздуха. — М.: Машиздат, 1978.-254 с.

Похожие работы

Энергетика
05.14.00