устройство для рекуперации тепла по замкнутой схеме в вентиляционной системе бумагоделательной машины

Формула изобретения

Устройство для рекуперации тепла по замкнутой схеме в вентиляционной системе бумагоделательной машины, содержащее вентиляторы и теплонасосную установку, состоящую из испарителя, компрессора, дроссельного клапана и конденсатора, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено калорифером для нагрева воздуха и паровой турбиной или электродвигателем, причем паровая турбина или электродвигатель обеспечивает работу компрессора, а в качестве рабочего вещества в испарителе используется хладагент из легких углеводородов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к конструкции теплорекуперационных установок вентиляционных систем бумаго- и картоноделательных машин и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известно устройство для рекуперации тепла в вентиляционной системе бумагоделательных машин, включающее вентиляторы, скрубберы первой и второй ступени, теплообменники нагрева сушильного воздуха и воздуха общеобменной вентиляции и парокомпрессорную теплонасосную установку, состоящую из испарителя, компрессора, конденсатора с линией отвода нагретой воды и дроссельного клапана (А.с. СССР №1035112, МКИ D 21 F 5/20).

Однако данное устройство имеет сложную конструкцию, требует большого количества воды, что значительно снижает эффективность работы, и использует фреон, представляющий опасность для природы.

Известно устройство для рекуперации тепла в вентиляционной системе бумагоделательной машины, содержащее вентиляторы, регенеративные теплообменники, образующие две ступени нагрева, и парокомпрессионную установку, состоящую из испарителя, компрессора, дроссельного клапана и конденсатора (А.с. СССР №887672, МКИ D 21 F 5/20 - прототип).

Однако данное устройство имеет сложную технологию (трехступенчатое использование тепла отработавшего воздуха: в скруббере для нагрева воды, в регенеративных теплообменниках для нагрева технологического воздуха и воздуха общеобменной вентиляции и в теплонасосной установке для дальнейшего нагрева воды, выходящей из скруббера), что снижает эффективность работы, а также в устройстве используется фреон, который представляет опасность.

Изобретение направлено на решение задачи упрощения технологии рекуперации тепла, осуществления этой технологии по замкнутой схеме и повышения эффективности работы, а также исключения использования опасных веществ.

Это достигается тем, что устройство для рекуперации тепла по замкнутой схеме в вентиляционной системе бумагоделательной машины, содержащее вентиляторы и теплонасосную установку, состоящую из испарителя, компрессора, дроссельного клапана и конденсатора, согласно данному изобретению дополнительно снабжают калорифером для нагрева воздуха, установленным по ходу воздуха после испарителя, и паровой турбиной или электродвигателем, которые механически соединены с компрессором, причем паровая турбина или электродвигатель обеспечивает работу компрессора, а в качестве рабочего вещества в теплонасосной установке используется хладагент из легких углеводородов.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где схематично изображено устройство для рекуперации тепла по замкнутой схеме в вентиляционной системе бумагоделательной машины.

Устройство для рекуперации тепла по замкнутой схеме в вентиляционной системе бумагоделательной машины содержит колпак 1 сушильной части, испаритель 2, компрессор 3, паровую турбину 4, конденсатор 5, дроссельный клапан 6, калорифер 7.

Устройство работает следующим образом.

Горячий влажный воздух 8 из-под колпака 1 сушильной части направляется в испаритель 2 теплонасосной установки (ТНУ), где отдает тепло хладагенту. Водяной пар, содержащийся в воздухе, конденсируется, воздух охлаждается и осушается. Хладагент в испарителе 2 испаряется, уносит тепло, отнятое у воздуха, и направляется в компрессор 3 ТНУ. В компрессоре 3 хладагент сжимается, его давление и температура повышаются до параметров, позволяющих в конденсаторе 5 получить пар с давлением и температурой, достаточными для использования его в сушильных цилиндрах. Для привода компрессора 3 можно использовать электродвигатель, а при большой мощности ТНУ (свыше 5 МВт) может оказаться целесообразным применить паровую турбину 4.

Сжатый горячий хладагент направляется в конденсатор 5, где отдает тепло кипящей воде и сжижается. За счет тепла конденсации хладагента испаряется вода (чистый конденсат), которая подается в конденсатор. Образуется насыщенный вторичный пар. Жидкий хладагент через дроссельный клапан 6 снова направляется в испаритель 2. Перед дроссельным клапаном 6 целесообразно горячий жидкий хладагент охладить, например подавая его в трубчатый теплообменник, который мог бы быть первой ступенью калорифера 7 (на принципиальной схеме не показано).

Часть вторичного пара направляется в калорифер 7, в котором охлажденный и осушенный воздух подогревается, и горячий сухой воздух 9 направляется в сушильную часть машины. Большая часть вторичного пара может быть направлена в цилиндры сушильной части, а также может быть использована для подогрева воздуха общеобменной вентиляции цеха и на другие производственные нужды.

Теплый водяной конденсат, который образуется в испарителе 2 из водяных паров, может быть использован для технологических нужд 10. Он не содержит минеральных солей, но может быть загрязнен пылью. Для повышения интенсивности работы устройства применяются вентиляторы 11.

В качестве хладагента можно было бы применить легкие углеводороды, например:

н-бутан t_кип=-0,5С;

неопентан t_кип=9,5С;

пентан t_кип=36,0C;

или хлористый этил t_кип=12,3С.

Эти вещества не представляют такой опасности для природы, как, например, фреоны.

Воздух в испарителе 2 желательно охладить до возможно более низкой температуры, например +15...+20°С, чтобы снизить содержание влаги в нем. При таких условиях температура испаренного хладагента, поступающего из испарителя 2 к компрессору 3, могла бы составить примерно +60С. Для того чтобы получить в конденсаторе 5 пар с температурой 135-140С, пригодный для подачи в сушильные цилиндры, температура хладагента на выходе компрессора должна быть 150-160С. Исходя из этих данных, можно оценить величину холодильного коэффициента обратного цикла Карно:

,

Т₁ - температура хладагента на выходе из компрессора;

Т₂ - температура хладагента на входе в компрессор.

Это означает, что на единицу работы, затраченной в компрессоре, хладагент перенесет три с половиной единицы теплоты от менее нагретого тела к более нагретому или, другими словами, для улавливания всего тепла, приходящего с воздухом из сушильной части, потребуется затрачивать работу, численно равную одной трети улавливаемой теплоты. Это очень приблизительный расчет, лишь для грубой оценки эффективности предлагаемого устройства.

Количество образующегося в конденсаторе 5 пара превышает потребность сушильной части, поэтому избыточный пар можно использовать для других нужд.