Аналіз складових ексергетичного ККД камерної конвективної сушарки

Abstract

Запропоновано методику розрахунку окремих складових ексергетичного балансу та ексергетичного коефіцієнта корисної дії для нестаціонарних тепломасообмінних процесів, зокрема процесів сушіння. Показано, що аналіз процесу сушіння за ексергетичними характеристиками ефективніший, ніж за тепловими, оскільки він дає можливість оцінити як внутрішні та зовнішні втрати, так і можливі потенціали енергетичних потоків. На основі запропонованої методики виконано розрахунки ексергетичного і теплового ККД камерної конвективної сушарки. Встановлено, що в разі зміни температури вхідного теплоносія від 5 до 35 С, ексергетичний ККД сушильної установки змінюється в межах 4…16 %, тоді як тепловий ККД, визначений з використанням рівнянь теплових балансів, становить близько 50 %. Показано, що зі збільшенням температури навколишнього середовища ексергетичний ККД камерних сушильних установок суттєво зменшується, а тепловий ККД змінюється в межах 5 %, причому зі збільшенням температури теплоносія на вході він зростає, а зі збільшенням температури теплоносія на виході зменшується в таких самих межах. Втрати ексергії у сушильних установках зумовлено втратами, викликаними потоками речовини, що виносять ексергію з системи, втратами через теплообмін за кінцевої різниці температур або масообмін за кінцевої різниці концентрацій, внаслідок механічного тертя і гідравлічного опору, хімічних реакцій в нерівноважних умовах, зменшення магнітного або електричного поля під дією електричного опору тощо. Для підвищення ексергетичного ККД камерних сушильних установок, які обігріваються паровими калориферами, перспективним є зменшення ексергетичних втрат в таких калориферах, тому не рекомендовано використання парових калориферів для підігрівання теплоносія, варто надавати перевагу електричним ТЕНам або піролізним котлам непрямого нагрівання повітря. Також рекомендовано зменшувати втрати теплоти під час змішування відпрацьованого і свіжого теплоносія, зменшувати температуру вхідного теплоносія.

A methodology for calculating individual components of the exergy balance and the exergy coefficient of useful action for non-stationary heat and mass transfer processes, in particular drying processes, is proposed. It is shown that the analysis of the drying process by exergetic characteristics is more effective than by thermal characteristics, as it makes it possible to estimate both internal and external losses, as well as the potential of energy flows. Calculations of exergetic and thermal efficiency of the chamber convective dryer were performed on the basis of the proposed methodology. It was established that when the temperature of the incoming heat carrier changes from 5 to 35°С, the exergetic efficiency of the drying unit changes within 4...16%, while the thermal efficiency determined using heat balance equations is about 50%. It is shown that with an increase in the temperature of the surrounding environment, the exergetic efficiency of chamber drying units decreases significantly, and the thermal efficiency changes within 5%, while it increases with an increase in the temperature of the heat carrier at the input, and decreases with an increase in the temperature of the heat carrier at the outlet in such the very limits. Exergy losses in drying plants are due to losses caused by flows of substances that carry exergy out of the system, losses as a result of heat exchange at a finite temperature difference, or mass exchange at a finite concentration difference, as a result of mechanical friction and hydraulic resistance, chemical reactions in non-equilibrium conditions, reduction of the magnetic or electric field under the action of electric resistance, etc. To increase the exergy efficiency of chamber drying units, it is necessary to reduce the exergy losses in the heaters, therefore it is preferable not to use steam heaters, it is worth giving preference to electric heaters or pyrolysis boilers of indirect air heating. It is also necessary to reduce heat loss during mixing of spent and fresh heat carrier, to reduce the temperature of the incoming heat carrier.