条型换热器流体装置的环保化运用

更新日期:2012-11-20

    1、固定床干燥过程及实例
    干燥是真空制盐中的重要单元操作。目前真空制盐干燥装置的主体设备
干燥器有床体、布风板均固定的流化床(简称固定床),有床体振动的流化床(简称振动床)等;有只有干燥功能的流化床(简称热床),有干燥和冷却功能的流化床(简称热、冷床)。干燥汽耗占制盐总汽耗的8左右,干燥电耗占制盐总电耗的15左右。如何降低干燥能耗,意义重大。
    湿物料从床的一端连续加入,与处于流态化的物料混合和吸收热空气放出的热使其湿份汽化并由热空气带走,干物料从另一端排出。空气由鼓风机加压经空气加热器加热后再入固定床将热量传给流态化物料并带走物料的湿份,然后至干式除尘器再经引风机入湿式除尘器后排空。
    某厂固定床干燥的查定及计算数据(1)冷风温度tc=22.7;冷风含湿Xc=0.015kg水/kg干空气热风温度th=144.1;尾气温度tt=66.7混合尾气温度tm=61.8;尾气含湿Xt=0.035kg水/kg干空气混合尾气含湿Xm=0.0324kg水/kg干空气
    2、固定床干燥节能制约
    固定床干燥过程中空气状态变化,ABCD是根据12中固定床干燥的数据绘制出的空气状态变化途径。A是冷风状态点,B是经加热后的热风状态点,C是干燥尾气状态点,D是漏入空气与干燥尾气混合后的状态点。
    对固定床干燥装置,由鼓风机吸入的空气,经空气加热器至干燥器前,由A点升温至B点。在干燥(对关于薄板材的干燥法探讨)器内,热空气将热量传给物料,大部分使物料的湿份蒸发并随湿份返回空气,小部分使物料升温,因此空气状态是一降焓增湿过程即由B点变到C点。
    以上是床内空气总(即平均的)状态变化描述。实际上沿物料宏观运动方向的不同位置,空气状态的变化是不同的。在恒速干燥区空气将沿等焓增湿变化,如中E点。
    在降速干燥区,空气将沿降焓增湿变化,且随干燥深度加深,焓降加大,湿增减小。
    从ABC的空气状态变化过程可知,加于空气的热量用于干燥的热量利率(u):
    u=(th-tt)/(th-tc)
    从偏导数
    u/th=(1-u)/(th-tc)>0,u/tt=-1/(th-tc)<0可知,提高th和降低tt均可使u提高。
    但据笔者对固定床干燥过程计算发现,从恒速干燥区到降速干燥终点,离床空气与物料之间的温度仅在4734之间变化。而物料温度受干燥深度和床内气固相对速度的影响而不能随意降低,因此欲通过强化热质传递再进一步降低tt难收显效。提高th,需较高参数(即位能较高)蒸汽,它的提高也会受到技术经济条件制约。
    消耗而来。而鼓引风机的动力消耗又由其风量、风压所确定。风量取决于床断面上空气流速和布风孔的空气流速由蒸发水量所需。而风压主要取决于空气加热器、流化床的布风方式,干式和湿式除尘器等系统压降之总和。因此,对固定床来说其耗电量主要受风压、风量的制约。
    3、固定床干燥节能途径
    从固定床干燥过程可知,入床热空气一方面要提供物料干燥所需的热量,即承担载热功能,另一方面要将从物料带来的湿份带走,即载湿功能,还要将物料流化以提供热质传递的必要条件,即流化功能。这三个功能要同时满足要求,干燥才能有效进行。三个功能要同时充分发挥,干燥才能高效运行。
    C点空气相对湿度仅20,即使恒速区的离床空气E点的相对湿度也仅40,即固定床的尾气载湿功能尚未充分利用;离床气与物料温差仅4734,说明固定床热空气的载热功能已较充分发挥,也说明床内热质传递好,流化功能也较充分发挥。如何充分利用尾气的载湿功能成为提高普通床干燥效率的关键。
    充分利用尾气的载湿功能就是提高尾气湿含量,如所示。如将尾气含湿热由C点的0035kg水/kg干空气提高到C点的009kg水/kg干空气,尾气温度667不变,相对湿度仅由20提高到45,而载湿量却提高了285倍,使空气耗量减少74,但是由于尾气的热焓随湿份含量的增加而迅速增大,如图由15422kJ/kg干空气变到303775kJ/kg干空气。然而如前所述固定床干燥过程中热空气的载热功能已较充分发挥,床内总的空气沿降焓增湿变化,而不可能沿增焓湿变化。因此要充分发挥尾气的载湿功能就得另外向床内输入热量。带内换热器流化床(下称床内换热器),在固定床内设置具有一定传热面积的换热器就构成了床内换热器。该换热器有盘管式和列管式两种。在换热器内通热介质(如水蒸汽)通过换热来加热床内物料的为加热器,反之换热器内通冷介质(如冷却水)通过换热器来冷却床内物料的为冷却器。
    由于流化床内颗粒碰撞对换热器管壁的边界层(气膜)的破坏产生的气相对流传热和颗粒与管壁的导热,从而使床内换热器总传热系数较壳程为纯气相的换热器的总传热系数大大提高(2、3),因此床内换热是极为有效的。由于流化床内流化物间热质传递极为强烈,因此床内换热器与流化物料间传递的热量对流化床物料(粉粒结晶体)间的热质传递过程仅是增大其量值,而没有其他影响。
    
    由此可知床内加热器输入的热量全部用于干燥,若用ih表示床内加热器输入热所承担的干燥量(),则具有床内加热器的流化床(下称内热式)的热利用率(ih)可用下式计算:
    ih=(1-ih)u ih
    设内热床较固定床的节汽率为s,则可推出:
    s=(ih-u)/ih=ih(1-u)/(1-ih)u ih
    可知节汽率随ih和ih的增大而增加,随u的增大而减少。而ih/ih=1-u>0,所以最根本的是s随ih的增大而增加。
    对一定的物料其操作的空塔气速就在一定范围变化,也即单位面积的干燥能力就在一定范围内变化,因此要增大ih就是增大单位床面积上内热换器的输入热量。首先要增大单位床层面积上内加热器的换热面积。第二就是使该换热面积有效浸没在流化床层内。第三就是增大传热温差。内换热器对床内物料流化有阻碍,因此内换热器加热管等的排布需充分考虑其对物料流化的影响。要使流化物料有效浸没换热面,就要有一定的静止床层厚度要求,再加上换热面对流化的阻碍,因而对提供流化物料功能的热空气的压头就产生了相应的要求。热空气的压头受鼓风机能提供的压头的制约。
    但是ih值不能太大。若太大就可能使尾气相对湿度太高,对尾气管和干式除尘器的保温提出过高的要求,若低于露点时必须对尾气加热升温和对恒速干燥区的床顶盖伴热,如此不仅抵消了ih值提高产生的汽耗节约,而且还要增加投资。
    在固定床干燥过程中热空气承担着流化、载热、载湿三大功能,其载湿功能受载热功能的限制而远未充分发挥。采用在固定床内设置加热器额外输入热量,同时注意流化功能的保证,可充分发挥入床空气的载湿功能,达到节省蒸汽消耗的目的。床内换热(加热、冷却)器虽然导致鼓风机压头增加,但由于它导致的(热、冷)空气的减少幅度更大,所以它具有显著的节电效果。床内换热器的ih(ic)值较大(C点的ih=0.74),ip不大(我厂为030)u在06左右。因此床内换热的节汽效果和节电效果是显著的。要提高床内换热器的节能效果,关键在于提高单位床面积床内换热器的换热能力和降低它对流化物的阻碍以确保物料流化并淹没换热面。


    相关阅读:
换热器在造纸工业的预处理 
              
板式换热器在精醇工况的应用 
              
换热器在有色金属领域的应用


    编辑:黄黄
    说明:文章出自本站,未经许可不得转载,如要转载请注明文章来源。
    电话:010-84478229
    邮箱:
service@360bhe.com