Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ГАЗОВ В СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ

Изобретение относится к области энергосбережения при производстве строительных материалов, а также к химической и пищевой отрасли.

Известен способ утилизации тепла дымовых газов [Кудинов А.А. Энергосбережение в теплогенерирующих установках. Ульяновск, УЛГТУ, 2000, с. 34-35].

В данном случае применяют распределение потока продуктов сгорания по двум каналам и конденсацию водяных паров в поверхностном теплообменнике.

Недостатком данного технического решения является то, что распределение потока продуктов сгорания не зависит от их состава и несет вспомогательную функцию, а также используется при переходе на другое топливо. Тепло дымовых газов, уходящих из этого теплообменника, утилизируется недостаточно.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к заявляемому способу является способ сушки [Патент RU 2187770 от 20.08.2002. «Способ сушки». Автор Давыдкина Л.А.], который предполагает отделение влаги от сушильного агента, нагрев его до температуры сушки и рециркуляцию. При этом отделение влаги из отработанного сушильного агента осуществляется путем его непосредственного контакта с жидким поглотителем.

Недостатком указанного технического решения является то, что он применяется при косвенном нагреве сушильного агента и не может быть использован в том случае, когда через сушильную камеру непосредственно проходят продукты сгорания топлива. Кроме того, атмосферный воздух подается в контур рециркуляции без предварительного подогрева, что снижает энергетическую эффективность.

Прототипом предлагаемого устройства является техническое решение, описанное в патенте RU 2436011 от 10.12.2011 г. «Устройство утилизации тепла дымовых газов и способ его работы». Авторы: Беспалов В.И., Беспалов В.В. Данное устройство содержит газо-газовый теплообменник, конденсатор, инерционный каплеуловитель, газоходы, воздуховоды, вентилятор. При этом в качестве конденсатора установлен поверхностный газовоздушный теплообменник. Способ работы по этому устройству включает конденсацию водяных паров в поверхностном газовоздушном теплообменнике-конденсаторе, нагрев воздуха и использование его для покрытия потребности процесса горения.

Недостатком указанного технического решения является неудовлетворительная конденсация в газовоздушном теплообменнике из-за большой величины перепада температур в таких теплообменниках (мал коэффициент теплопередачи), что приводит к повышению температуры поверхности, на которой конденсируется пар.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы сушильной установки. Под этим подразумевается как снижение потерь тепла, так и уменьшение загрязнения окружающей среды.

Поставленная задача решается тем, что в способе утилизации газов в сушильной установке, включающем сжигание топлива в камере сгорания, подачу продуктов сгорания в сушильную камеру и рециркуляцию продуктов сгорания, согласно изобретению, часть продуктов сгорания после сушильной камеры направляют в отводной газоход и удаляют в атмосферу с предварительным охлаждением и отделением конденсата, а другую часть направляют в контур рециркуляции, где также происходит конденсация водяных паров с их удалением, причем управление этими потоками продуктов сгорания происходит автоматически, в зависимости от показаний газоанализатора, которым измеряют содержание кислорода в контуре рециркуляции. Удаление продуктов сгорания из отводного газохода происходит через конденсатор с оросителем, в котором происходит конденсация водяных паров с их удалением, а также охлаждение продуктов сгорания.

Указанная задача решается также тем, что в устройстве для утилизации газов в сушильной установке, включающем теплообменник, конденсатор, газоходы, согласно изобретению в контур рециркуляции включены конденсатор-экономайзер, в нижней части которого находится резервуар для сбора конденсата, и рекуперативный теплообменник для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания.

Схема работы устройства для утилизации газов в сушильной установке представлена на фигуре.

Устройство, изображенное на чертеже, содержит сушильную камеру 1, камеру сгорания 2, вентилятор 3, рекуперативный теплообменник 4, конденсатор-экономайзер 5, сборник конденсата 6, конденсатор с оросителем 7, насадку 8, ороситель 9, дымососы 10 и 11, управляемые заслонки 12,13, газоанализатор 14, дополнительные горелки 15, основную горелку 16, отводной газоход 17.

Способ осуществляется следующим образом.

Как известно, в камерах сгорания и газоходах сушильных установок коэффициент избытка воздуха α значительно выше, чем в топках котельных агрегатов. Например, при температуре в сушильной камере 200-400°С он может иметь значения α=5-10. Поэтому в потоке продуктов сгорания достаточно кислорода, чтобы направить их в контур рециркуляции и снова сжигать топливо (фигура). Однако с течением времени (увеличение кратности рециркуляции) количество кислорода в потоке будет уменьшаться, и его может оказаться недостаточно как для основной горелки 16 в камере сгорания 2, так и дополнительных горелок 15. Поэтому на выходе из сушильной установки часть продуктов сгорания через управляемую заслонку 12 подают в отводной газоход 17, через который проходит продувка сушильной камеры и газоходов.

В цикле работы такой установки можно выделить два периода. В первом, более протяженном, основная часть влажных продуктов сгорания, выходящих из сушильной камеры через регулируемую заслонку 13, поступает в контур рециркуляции, проходит через конденсатор-экономайзер 5 и направляется на вход сушильной камеры 1 (непосредственно или через камеру сгорания 2). При этом в конденсаторе 5 из продуктов сгорания отделяется вода с частично растворенным в ней углекислым газом. Нагретая вода из второго контура экономайзера поступает в рекуперативный теплообменник 4 и служит для нагрева атмосферного воздуха, направляемого с помощью вентилятора 3 в камеру сгорания 2. В течение этого периода небольшая часть продуктов сгорания отводится через заслонку 12 в отводной газоход 17. Это необходимо, чтобы компенсировать дополнительное количество продуктов сгорания, образующихся во время рециркуляции, другими словами выполнить условие постоянства массового расхода во всей системе газоходов.

Во втором, менее протяженном периоде, основную часть влажных продуктов сгорания через регулируемую заслонку 12 направляют через отводной газоход в конденсатор с оросителем 9 и насадкой 8 (например, кольца Рашига) для максимального охлаждения и очистки продуктов сгорания перед выбросом в атмосферу. При необходимости для этого включают дымосос 10. Переход на этот период происходит в автоматическом режиме, в соответствии с показателями газоанализатора 14, т.е. при минимальном содержании кислорода. Таким образом, в этот период происходит продувка сушильной камеры и газоходов с целью очистки их от негорючих газов (СО₂, СО, NO_x, N₂ и т.п.). Затем цикл повторяется. Конденсат из сборников 6 постоянно удаляют и возвращают в технологический процесс или на переработку.

Использование предлагаемого способа и устройства имеют следующие преимущества перед прототипом:

- снижение расхода топлива и подаваемого воздуха в процессе сушки;

- уменьшение температуры удаляемого воздуха, т.е. снижение теплового загрязнения окружающей среды;

- удаление вместе с конденсатом некоторых продуктов сгорания (например, частично растворенный CO₂ в конденсате), что позволяет снизить объемы выбросов в атмосферу указанного газа, являющегося «парниковым».