CC BY
81
ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АБСОРБЦИОННОГО БРОМИСТО-ЛИТИЕВОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСА В КОНДЕНСАЦИОННОЙ СУШИЛКЕ
THE ASSESSMENT OF ENERGY EFFICIENCY OF THE APPLICATION OF THE ABSORBTION LITIUM-BROMIDE HEAT PUMP IN THE CONDENSER
KILN
Онучин Е.М., Анисимов П.Н., Медяков А.А. (МарГТУ, г.Йошкар-Ола, РФ)
Onuchin E.M., Anisimov P.N., Medyakov A.A. (Mari State Technical University)
Рассмотрены вопросы по применению абсорбционного бромисто-литиевого теплового насоса в качестве кондиционирующего устройства для конденсационной сушки древесины.
The questions of applying absorbtion litium-bromid heat pump in the capacity of conditioning unit for the condensing drying of wood are regarded there.
Ключевые слова: энергосбережение, ресурсосбережение, экология, сушка.
Keywords: Energi saving, cost-effective use of resources, ecology, drying.
Одним из важнейших и наиболее энергоёмких этапов технологической обработки древесины является сушка. В настоящее время 90-95% всех эксплуатируемых промышленностью и предлагаемых на рынке сушильных камер - конвективные с различными системами приточно-вытяжной вентиляции и видами теплоносителя. Такая высокая доля конвективных сушилок объясняется их преимуществами: малые капитальные затраты, простота процесса, удобство технического обслуживания, большие объёмы загрузки, высокая производительность
Разновидностью конвективной сушильной камеры, является конденсационная. Конденсационная сушильная камера отличается от обычной конвективной тем, что сушильный агент - горячая паровоздушная смесь не удаляется из атмосферы через приточно-вытяжную вентиляцию, а циркулирует в замкнутом пространстве, проходя последовательно через осушители, нагреватели (калориферы) и пиломатериал. На рисунке 1. представлена схема такой сушилки, где в качестве кондиционирующего агрегата используется абсорбционный броми-сто-литиевый тепловой (АБТН) насос с газо-водяными рекуперативными теплообменниками. В данном случае используется АБТН с огневым обогревом. Генератор АБТН состоит из топки в которой сжигаются сухие древесные отходы и газотрубного теплообменника. Выпаривание теплоносителя из слабого раствора LiBr+H2O происходит при лучистом и конвективном теплообмене в топке и газоходе генератора.
Для осушки и нагрева сушильного агента в конденсационных сушильных камерах используется тепловой насос, поэтому от его энергетической эффективности зависит энергопотребление сушилки. Энергетический эффект от применения теплового насоса, выражается в экономии невозобновляемых источников энергии, по сравнению с другим оборудованием, например, котлом на органическом топливе, электронагревателем и т.д.
Рисунок 1 - Схема работы конвективной сушильной камеры с абсорбционным утилизатором
Термодинамическая эффективность теплового насоса характеризуется коэффициентом преобразования (КП):
О О + Ж
^уу_ ¿Сполезн. _ ¿Си
~ Ж ~ Ж ' (1)
где Ополеш - полезное тепло, отданное тепловому потребителю, Ои - низкопотенциальное (утилизируемое) тепло, подведённое к испарителю Ж - затраченная энергия высокого потенциала (техническая работа) [1].
В абсорбционном тепловом насосе (АТН) полезное тепло отбирается в абсорбере - Оа и в конденсаторе - Ок, низкопотенциальное тепло подводится в испарителе - Ое и тепло высокого потенциала подводится в генераторе - Он • Коэффициент преобразования для него:
= Ок + Оа = Ои + Он
КП АТН ^ ^ .
Он Он (2)
В компрессионном тепловом насосе (КТН) полезное тепло отводится в конденсаторе - Ок, низкопотенциальное тепло подводится в испарителе - Ое и затрачивается работа на привод компрессора - Ж • Тогда коэффициент преобразования для него:
О, Ои + Ж
КП КТН
(3)
Ж Ж
Таким образом, КП не учитывает, с какой эффективностью был преобразован источник первичной энергии в работу компрессора или в теплоту греющего источника. КП показывает, сколько единиц тепловой энергии среднего потенциала можно получить с помощью теплового насоса из единицы высокопотенциальной энергии. Однако в абсорбционном тепловом насосе затрачивается единица тепловой энергии, а в компрессионном единица механической энергии. Поэтому сравнение компрессионных ТН с абсорбционными по коэффициенту преобразования не всегда целесообразно.
Для сравнения энергетической эффективности абсорбционного теплового насоса и компрессионного более подходит коэффициент первичной энергии (КПЭ). Он учитывает не только коэффициент преобразования работы или высокой теплоты в полезную тепловую энергию, но и КПД преобразования первичной энергии (нефть, газ, уголь, органическое топливо, энергия атома, гидроэнергия, солнечное тепло и т.д.) в работу привода компрессора или высокопотенциальную теплоту.
Определение КПЭ таково:
КПЭ = Полезное тепло от теплового насоса [1].
Затраты первичной энергии
Рассмотрим два основных варианта привода компрессора КТН.
1) Электродвигатель: 68% электроэнергии в России вырабатывается на ТЭС, с учётом потерь в электросетях КПД выработки эл. энергии - пЭЭ = 32%:
КПЭКТН = ЛЭЭ ' КПктн ■ (4)
В таком случае при среднем КПКТН = 3,75; КПЭКта = 1,2.
2) Двигатель внутреннего сгорания:
КПЭКТН = Л е ■ КПКТН , (5)
где ле - эффективный КПД ДВС, находится в пределах 0,26... 0,37.
В этом случае КПЭКТН = 0,98... 1,39. Кроме того, использование ДВС в качестве непосредственного привода компрессора приводит к дополнительным затратам на транспортировку топлива.
Вычисление КПЭАТН зависит от вида греющего источника высокопотенциальной теплоты, если это огневой обогрев, тогда:
кпэАТН = а+а)/а:, (6)
где ОН - теплота выделяющаяся при сгорании топлива в генераторе АТН.
КПЭ существующих АБТН с одноступенчатой регенерацией раствора и огневым обогревом находится в пределах от 1,25 до 1,7. То есть с помощью АБТН можно получить 1,7 единиц тепловой энергии, затратив 1 единицу тепловой энергии от сгорания топлива. Затратами электроэнергии в АБТН можно пренебречь, т.к. они составляют менее 1% от тепловой мощности. Для сравнения, в современном конденсационном котле из 1 единицы энергии сгорания топлива можно получить максимум 0,98 единиц тепловой энергии.
Удельные затраты энергии в сушильной камере на 1 кг испаренной влаги существенно зависят от продолжительности процесса сушки, чем она меньше, тем ниже энергозатраты. Скорость сушки зависит от равновесной влажности в сушильной камере. Равновесная влажность определяется температурой и влаго-содержанием сушильного агента. Таким образом, понижая или повышая влаго-содержание воздуха, циркулирующего в сушилке, мы увеличиваем или уменьшаем скорость сушки. В сочетании с температурным режимом близким к нормальному (60 - 70 0С) можно добиться высокой скорости сушки при использовании АБТН в конвективной камере конденсационного типа.
Энергопотребление конденсационной сушилки ниже обычной конвективной за счёт того, что горячий влажный воздух остаётся в цикле, а не удаляется из сушильной камеры в атмосферу и не замещается атмосферным воздухом.
Удельная экономия энергии при этом находится, как разность теплосодержания воздуха в сушилке Ьсуш и атмосферного воздуха Иатм по формуле:
Аа = к — к
^ к суш а
(7)
Эта экономия будет зависеть от этапа сушки и времени года. Энтальпия сушильного агента находится по И-ё диаграмме влажного воздуха по относительной влажности, при средней температуре 60 0С. Относительная влажность сушильного агента находится в зависимости от влажности пиломатериала и величины градиента сушки. Энтальпия атмосферного воздуха находится по среднегодовой температуре и влажности в средней полосе России. На рис 2. представлена зависимость удельной экономии энергии кДж на 1 кг удаляемого в атмосферу воздуха в конденсационной сушилке Лqк по сравнению с конвективной, в зависимости от влажности сушильного агента.
400
350
300
250
200
150
100
50
>
1
у.
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Оптситечммя вчлжмосп. "о
Рисунок 2 - График зависимости удельной экономии энергии в конденсационной сушилке по сравнению с конвективной за счет замкнутой циркуляции сушильного агента, в зависимости от его влажности.
При высыхании соснового пиломатериала объёмом в 100 м от начальной влажности 80% до конечной влажности 8% выпаривается 30000 кг воды. Продолжительность сушки в конвективной камере составит 200 часов, в среднем скорость испарения в камере 0,042 кг/с. Испарившаяся влага повысит влаж-
3 0
ность 0,88 м воздуха температурой 60 С с 3% до 36%. Это значит, что каждую секунду нужно удалять из камеры 0,88 м3 влажного тёплого воздуха и заменять его холодным сухим. При этом, потеря тепла из конвективной сушилки в атмосферу составит 158 кВт. Тепловая мощность сушилки 220 кВт.
Вывод: применение абсорбционного теплового насоса в конденсационных сушилках позволит снизить на 50-70% энергозатраты на сушку древесины.
Список использованных источников
1. Рэй, Д. Тепловые насосы [Текст]: пер. с англ./Д. Рэй, Д. Макмайкл.-М.: Энергоиздат, 1982. -224 с.
