Учебное пособие 800429

УДК 66.047

А.Ю. Андреев – магистрант, С.А. Ярковой – студент, А.А. Надеев, канд. техн. наук – научный руководитель

ИССЛЕДОВАНИЕ СУШКИ СИЛИКАГЕЛЯ В ЦЕНТРОБЕЖНОМ ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ

Одним из высокозатратных теплотехнологических процессов в промышленности является сушка, что определяет необходимость выбора наиболее рациональных способов и разработку новых современных конструкций сушильных установок. В рамках данной работы будет выделена сушка дисперсных материалов, что встречается на стадиях подготовки исходного сырья в производстве силикатных и композиционных материалов, а также для обработки дисперсных наполнителей полимеров

Ключевые слова: сушка, псевдоожиженный слой, силикагель, дисперсный материал, сушильный агент

Одним из наиболее эффективных способов сушки дисперсных материалов является сушка в псевдоожиженном слое. Данный способ позволяет значительно интенсифицировать процессы межфазного тепломассообмена, а аппараты с псевдоожиженным слоем обладают незначительным гидравлическим сопротивлением

[1-2].

Для исследования процесса сушки дисперсных материалов с использованием данного технологического принципа в ВГТУ была создана экспериментальная сушильная установка с центробежным псевдоожиженным слоем. Эта сушилка имеет простую конструкцию и позволяет высушивать материалы с высоким влагосодержанием. Она представляет собой установку периодического действия с вертикальным подводом сушильного агента и жалюзийной газораспределительной решёткой.

Основным элементом сушильной установки является кольцевая рабочая камера. В данной камере происходит процесс сушки. Она отделена распределительной решёткой от газовой камеры, которая служит для подачи сушильного агента (воздуха) под решётку.

Принцип работы сушильной установки следующий. Через загрузочный патрубок влажный дисперсный материал из бункера, подается на газораспределительную решетку и под действием потока сушильного агента псевдоожижается и движется, высушиваясь, к разгрузочным патрубкам, через которые происходит выгрузка из установки. Сушильный агент в аппарат подается через

91

газоподводящий патрубок, через газоотводящий патрубок выбрасывается в окружающую среду.

Газораспределительная решётка изготовлена из листового железа. Её лопатки изогнуты таким образом, чтобы поток сушильного агента изменял направление своего движения от вертикального в газовой камере до заданного на входе в слой. Для исключения провала частиц и более равномерного газораспределения решетка накрывается металлической сеткой. Такая конструкция имеет незначительное сопротивление и позволяет изменять направление потока ожижающего газа за счёт обтекания лопаток и тем самым обеспечивать как равномерное псевдоожижение дисперсного материала, так и его перемещение в горизонтальной плоскости.

В первой серии экспериментов по исследованию сушки дисперсного материала был использован силикагель, так как этот материал является удобным объектом исследований тепломассообмена и гидродинамики [2, 3]. Температура воздуха в помещении составляла , влажность воздуха

. Массовый расход сушильного агента равнялся кг/с. Температура воздуха на входе в сушильную установку

составляла 50°С. Материал высушивался до равновесного влагосодержания.

На рис. 1, 2, 3 показано протекание процесса сушки в виде графических временных зависимостей влагосодержания материала, температуры материала и воздуха на входе в сушильную камеру и выходе из неё, влажности воздуха до калорифера, после калорифера и после сушильной камеры.

Относительно короткое время прогрева материала означает практически неизменное его влагосодержание и принимается равным начальному . Анализ данных кривых показывает, что с увеличением температуры сушильного агента интенсивность сушки увеличивается, а конечное (равновесное) влагосодержание высушиваемого материала изменяется незначительно.

Из графиков для температуры и влажности сушильного агента на выходе из установки видно, что максимальное значение влажности и минимальное значение температуры сушильного агента совпадают по времени, которое соответствует времени окончания первого периода сушки и началу второго (критическому влагосодержанию материала).

92

По кривым сушки построены кривые скорости сушки, из которых в соответствии с [4] определятся следующие кинетические параметры: скорость сушки в периоде постоянной скорости N, коэффициент сушки в периоде убывающей скорости K.

Данные кинетические параметры применяются для вычисления

Рис. 1. Изменение влагосодержания силикагеля в процессе сушки

Рис. 2. Изменение влажности воздуха в процессе сушки:

─── – влажность воздуха до калорифера; ─·─·─ – влажность после калорифера; ─ ─ ─ – влажность после сушильной камеры

93

6.Бараков А.В. Температуры фаз динамического слоя во втором периоде сушки в заданном диапазоне регулируемых параметров / А.В. Бараков, А.П. Бырдин, А.А. Надеев // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2014. – Т. 10. – № 6. – С.

97-100.

7.Андреев А.Ю. Аналитическое решение полуэмпирической модели процесса массообмена при сушке дисперсных материалов в динамическом слое / А.Ю. Андреев, А.П. Бырдин, А.А. Надеев // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: труды науч.- техн. конф. молодых учёных аспирантов и студентов. – Воронеж: ФГБОУ ВО «ВГТУ», 2015. – Вып. 17. – С. 60-66.

Воронежский государственный технический университет

УДК:628.477.2+662.707.2

А.Л. Черных – магистрант, В.И. Лукьяненко, канд. техн. наук, доц. – научный руководитель

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕТРАДИЦИОННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ И ГВС ЗДАНИЙ

В настоящее время, когда стало очевидно, что запасы топлива на планете не бесконечны, а использование топливных электростанций является источником повышенной опасности для окружающей природной среды, все большее внимание стали уделять развитию альтернативных источников энергии

Ключевые слова: воспроизводимые источники энергии, тепловой насос

Альтернативная энергетика опирается, в основном, на воспроизводимые источники энергии (ВИЭ), которые, в зависимости от технологий применения, подразделяются на традиционные и нетрадиционные.

К традиционным источникам ВИЭ относится крупная гидроэнергетика, а также использование посредством прямого сжигания энергии традиционной биомассы (дрова, гузапоя, кизяк и т.п.).

По методологии МЭА (Международное Энергетическое Агентство) к нетрадиционным ВИЭ относятся:

- гидроэнергетические ресурсы малой гидроэнергетики до 10 МВт (т.е. кроме крупных ГЭС), которые преобразуют кинетическую энергию воды в электроэнергию (вода при этом никуда не исчезает);

95

-геотермальные источники, естественным образом поступающие из земной коры в виде горячей воды, тепла или пара;

-энергия солнца;

-энергия океана (приливная, волновая, течений и пр.);

-энергия ветра;

-промышленные и коммунальные отходы (твердые, жидкие, газообразные), способные дать электроэнергию при сжигании, биологическом разложении или иных способах переработки;

Прежде всего, речь идет о тепловых насосах, которые работают на энергии земли и воды, так как для их эксплуатации в некоторых странах требуется получить специальное разрешение в связи с наличием в их агрегатах не экологичных материалов.

Насос включает в себя следующие основные составляющие:

-два теплообменника (радиаторов) - холодный (испаритель) и горячий (конденсатор) (в нашем случае холодный слева, а горячий справа);

-компрессор;

-дросселирующее устройство;

-хладагент (в качестве хладагента может быть использован любой газ, имеющий разумное значение давлений насыщенных паров при интересующих нас температурах; обычно это разные марки фреонов или пропан - бутановые смеси.

Принципиальная схема компрессионного идеального теплового насоса (а) и его цикл в Т-S − диаграмме (б): К – конденсатор; И – испаритель;

КМ – компрессор; ДВ - дроссельный клапан

96

На рисунке изображен круговой процесс идеальной компрессорной теплонасосной установки в T-S– диаграмме, на которой 1 - 2 – изоэнтропное сжатие влажного пара от давления в испарителе до давления в конденсаторе; 2 –3 – изобарно – изотермическая конденсация Р.Т.; 3 – 4 – изоэнтальпийное расширение в дроссельном клапане или в детандере Р.Т. до давления в испарителе; 4–1 – изобарно – изотермическое кипение (испарение) Р.Т. в испарителе.

Основным преимущество такого вида отопления является высокий КПД, который достигает 80 %. Это означает, что на 1 кВт затраченной электроэнергии тепловой насос выдает 8 кВт тепловой энергии. Такими экономичными результатами не может похвастаться ни один другой способ отопления.

Тепловые насосы способны применяться практически в любой сфере, как для частного клиента, так и для корпораций. В любом случае на сегодняшний день тепловой насос – это самый экономичный способ отопления. Более того пожаробезопасный и экологически безвредный для окружающей среды, в отличие от газовых, дизельных и твердотопливных котлов.

Применение ТН весьма перспективно в комбинированных системах в сочетании с другими технологиями использования возобновляемых источников энергии, т.к. позволяет оптимизировать параметры сопрягаемых систем и достигать наиболее высоких экономических показателей. Одним из вариантов является солнечная энергия.

Солнечное излучение это один из самых доступных и распространенных альтернативных источников тепла. Солнечный коллектор - это основной элемент установок, с помощью которых происходит преобразование энергии излучения солнца в другую форму полезной энергии. Наиболее широко распространены коллекторы, которые преобразуют излучение солнца в тепловую энергию. Коллекторы такого типа воспринимают излучение от солнца, преобразуют его в тепло и передают это тепло какому-то теплоносителю.

Летом солнечные коллектора способны полностью закрыть потребность здания в горячей воде. В межсезонье – весной и осенью, коллектора снижают нагрузку на газовый котел, что в конечном итоге сокращает потребление газа. В зимнее время коллектора работают с очень низкой эффективностью.

97

Вцелях экономии традиционно используемых энергетических ресурсов предусмотрен источник энергии солнца. Антифриз с помощью насоса циркулирует по замкнутому контуру за счёт работы циркуляционного насоса и попадает в змеевиковый теплообменник, который находится в нижней части специального устройства «Баке-аккумуляторе», нагревая в нём промежуточный теплоноситель.

Вкачестве промежуточного теплоносителя можно применять различные жидкости. Бак-аккумулятор желательно устанавливать в закрытом помещении в удобном для распределения теплоносителя месте здания тщательно изолируя, для снижения потерь в окружающую среду. Воду в баке-аккумуляторе за счёт использования солнечного коллектора в летний период времени можно нагреть до 70 °С и выше, за счёт правильного расположения системы солнечных коллекторов и совершенства их конструкции.

Теплоты нагретой воды в баке аккумуляторе может быть достаточно для снабжения горячей водой санузла данного здания. Змеевик горячего водоснабжения здания располагается в верхней части бака-аккумулятора. В контуре горячего водоснабжения предусмотрен бак-накопитель, для запаса горячей воды и снижения температурных колебаний при интенсивном разборе.

Используя солнечный коллектор для отопления здания вы снижаете собственную зависимость от газа. Коллектор является дополнительным источником тепла. Как минимум в летнее время вы сможете бесплатно обеспечивать объект горячей водой не используя для этого газ. Аналогичный результат вы можете получить при отоплении тепловым насосом.

Срок службы коллектора – более 15 лет. А значит, вы очень долго сможете пользоваться бесплатным солнечным теплом.

Солнце нельзя включать и выключать по собственному желанию. Поэтому коллектора нельзя рассматривать как единственный источник тепла.

Для поддержки системы отопления и ГВС (солнечными коллекторами в принципе сложно обеспечить полноценное отопление дома, они работают только в поддержку системе отопления).

Заключение: учитывая климатические условия нашего региона обустраивают комбинированные системы отопления в частных домовладениях или небольших многоквартирных объектах не

98

только для аварийного, но и для постоянного обогрева жилых и хозяйственных помещений. Безусловно, что такое обеспечение тепловыми ресурсами обойдется владельцам недвижимости на начальном этапе весьма дорого. Но следует учитывать, что со временем все затраты на комбинированное отопление непременно окупятся.

Литература

1.Масленников В.В. Применение теплонасосных установок в тепловых схемах ТЭС / В.В. Масленников, В.С. Павлов, А.С. Ткаченко // Энергетическое строительство. - 1994. - №2.- С. 37-40.

2.Алмаев А.Ю. Использование солнечной энергии для теплоснабжения систем горячего водоснабжения в индивидуальном жилищном строительстве / А.Ю. Алмаев, И.А. Лушкин // Вестник НГИЭИ, 2014. - № 12 (43). - С. 5-9.

3.Научно-технический отчет. «Разработка и внедрение энергосберегающих технологий с применением тепловых насосов» [Электронный ресурс]. http://www.journal.esco.co.ua/2011_8/art197.pdf/.

4.Черных А.Л. Внедрение теплонасосных систем систем в использование теплоты компрессорных установок / А.Л. Черных, В.И. Лукьяненко, А.В. Исанова // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: труды научно-технической конференции молодых учёных аспирантов и студентов. Вып. 18. - Воронеж: ФГБОУ ВО «ВГТУ», 2016. - С.90-94.

5.Плахотина С.Л. Аспекты применения теплового насоса вместо градирни в составе парогазовой установки / С.Л. Плахотина, В.И. Лукьяненко, А.В. Исанова // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: труды научно-технической конференции молодых учёных аспирантов и студентов. Вып. 18. - Воронеж: ФГБОУ ВО «ВГТУ. – 2016. - С.55-64.

Воронежский государственный технический университет

99

УДК 621.3

В.А. Короткова, Л.Н. Васина – студенты, В.Ю. Дубанин, канд. техн. наук, доц. – научный руководитель

ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЭНЕРГОУСТАНОВОК

В последнее время в мире в целом сложилась сложная экологическая обстановка. Это связано с тем, что за последние десятилетия мировое промышленное производство интенсивно развивалось и продолжает развиваться в настоящее время. В связи с этим в атмосферу поступают значительные количества вредных веществ. Поэтому в последнее время стали возрастать требования к защите окружающей среды от вредных выбросов промышленных предприятий, вводятся штрафные санкции за выбросы, содержащие вредные вещества в количествах, превышающих предельно допустимые нормативы

Ключевые слова: экологическая безопасность, энергоустановки, промышленные выбросы

В России, как и в любом другом государстве, давно существует проблема повышения экологической безопасности энергетических объектов. Эта проблема становится все более острой и актуальной по мере старения объектов энергетики. Следовательно, чем быстрее будут предприняты конкретные и ощутимые действия по данному направлению, тем больше шансов остановить опасную тенденцию неуклонного ухудшения экологической обстановки.

Известно, что неблагоприятные последствия для окружающей среды несет сжигание органического топлива, в частности, угля на теплоэнергообьектах, котельных. По данным Министерства энергетики Российской Федерации, в процессе использования угольных ТЭЦ ежегодно выбрасывается (в расчете на 1 кВт установленной мощности) около 500 кг летучей золы и частиц несгоревшего топлива, 75 кг оксидов серы, 10 кг оксидов азота, 750 кг углекислого газа, выделяется тепло с охлаждающей водой и уходящими газами. Однако, в этот список крайне важно внести высокотоксичные ксенобиотики, такие как: бензопирен, элементы тяжелых металлов и их соединений, имеющие особые свойства:

–канцерогенностью (способностью вызывать злокачественные новообразования);

–мутагенностью (могут изменять наследственность у рождающихся детей);

–тератогенностью (способствуют возникновению уродства);

100