Спосіб енергозбереження в сушінні і грануляції мінеральних добрив

Реферат: Спосіб енергозбереження в сушінні і грануляції мінеральних добрив, при якому реалізують тригенераційний принцип використання поновлювальних джерел енергії вітру, сонячного випромінювання та холоду в холодильних установках в технології сушіння та грануляції мінеральних добрив. Цього досягають комбінацією або вітроенергетичної установки (ВЕУ) з фотоелектричними перетворювачами сонячної енергії (ФЕП) для виробництва електроенергії з подальшим виробництвом тепла, або вітроенергетичної установки (ВЕУ) з сонячним колектором (СК) з безпосереднім виробництвом тепла в (СК) і перетворенням електроенергії, виробленої в ВЕУ, в тепло для сушіння та грануляції мінеральних добрив з послідуючим використанням відпрацьованого в технології теплоносія для вироблення холоду в холодильних машинах. UA 115958 U (12) UA 115958 U UA 115958 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до хімічної промисловості і може бути використана для сушіння та грануляції мінеральних добрив. При виробництві багатьох мінеральних добрив переробка сировини здійснюється при знаходженні в ній значної кількості вільної води. Основна частина добрив поставляється споживачу в порошкоподібному або в гранульованому вигляді і однією з найважливіших завершальних стадій технології є процес сушіння. Сушіння переважно проводять при використанні сушильних газів. У великомасштабних сушильних агрегатах існує варіант комплексів підготовки сушильних газів і виконання процесу сушіння і грануляції мінеральних добрив. Зокрема реалізовано відомий комплекс, в якому сушильні гази продукуються шляхом згорання газоподібного палива, наприклад природного газу, при оптимальній витраті первинного повітря, змішування гарячих продуктів згорання з холодним атмосферним повітрям і направлення газової суміші на стадію сушки (див. "Новые разработки в технологии аммофосфата". Обз. Информация. Серия "Минеральные удобрения и серная кислота", НИИТЭХИМ, М.,1990, с. 26). Процес сушіння і грануляції мінеральних добрив є складним тепловим і термодинамічним процесом і потребує удосконалення для ефективного використання енергетичного потенціалу (ексергії) палива на основі сучасних науково-технічних досягнень. Найбільш близьким за термодинамічною та технічною суттю, досягнутому результату і прийнятий як найближчий аналог є спосіб підготовки сушильних газів за когенераційним принципом використання енергетичного потенціалу палива на основі введення в технологію газотурбінної установки (ГТУ) для виробництва в результаті згорання газоподібного палива тепла сушильних газів після газової турбіни та додатково електроенергії в електрогенераторі ГТУ. (Деклараційний патент UA 70072 А 7 F26B9/06, F26B17/00. Бюл. №9, 2004 р. Спосіб підготовки сушильних газів для виробництва мінеральних добрив). Це є енергозберігаючий спосіб високого рівня. Одним із недоліків найближчого аналога є те, що в ньому не повністю використовується енергетичний потенціал палива (його ексергія) в зв'язку з тим, що реалізується тільки принцип когенерації для виробництва тепла та електричної енергії в способі сушіння та грануляції мінерального добрива; газотурбінна установка має високу фінансову вартість, що впливає на термін окупності такого способу за когенераційною схемою. Виникає необхідність забезпечення газотурбінної установки природним газом, не використовується енергетичний потенціал відпрацьованих газів після процесу сушіння і грануляції, а коефіцієнт корисної дії (ККД) ГТУ не перевищує 30 %. В основу корисної моделі поставлена задача реалізувати новий енергозберігаючий тригенераційний спосіб сушіння і грануляції мінеральних добрив з використанням альтернативних відновлювальних джерел енергії для виробництва тепла сушильного агента, електроенергії та холоду, для значного зниження енергетичних витрат на технологічний процес, для підвищення термодинамічної та енергетичної ефективності та коефіцієнта корисної дії (ККД). Поставлена задача вирішується тим, що в запропонований спосіб, на відміну від найближчого аналога з ГТУ, по-перше вводять вітроенергетичну установку (ВЕУ), електростанцію на основі фотоелектричних перетворювачів (ФЕП) для виробництва електроенергії та сонячні колектори (СК) для нагріву повітря, що використовується в сушарці для сушіння та грануляції мінеральних добрив, по-друге, в спосіб вводять холодильну машину, наприклад бромистолітієву (АБХМ), шляхом використання відпрацьованих газів при температурі 90 °C для виробництва холоду при температурі 710 °C для охолодження повітря або води. Вітроенергетика та сонячна енергетика належать до альтернативних видів енергетики з використанням поновлювальних енергетичних ресурсів вітру та сонячного випромінювання. Вітроенергетичні установки (ВЕУ) для виробництва електроенергії широко використовуються в таких країнах як Нідерланди, Швеція, Німеччина, Великобританія, США, Китай, Австралія, а також в деяких регіонах України. Вітроенергетичні установки працюють надійно, практично в автоматичному режимі. Мінімальна швидкість вітру для роботи ВЕУ дорівнює 5 м/с, а максимальна не більше 24 м/с. Найбільше поширення отримали ВЕУ з трьома лопатями з горизонтальним компонуванням вітродвигуна та електрогенератора. Коефіцієнт використання енергії вітру знаходиться в межах 0,350,5. Цей коефіцієнт обмежується верхнім значенням коефіцієнта Бетца, який дорівнює 0,59. Сонячна енергетика розвинута успішно в Мексиці, Бразилії, США, Китаї, Європі. Працюють сонячні електростанції на основі сонячних фотоелектричних панелей, а також сонячних колекторів. Сонячні колектори широко використовуються для нагріву теплоносіїв (води, повітря тощо). Різноманітні варіанти сонячних колекторів та сонячних фотоелектричних панелей 1 UA 115958 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 приведені наприклад в книзі B.C. Кривцова, О.М. Олейникова, O.I. Яковлева "Альтернативна енергетика".- Харків, Севастопіль.-2008р- 620с. Сонячні колектори відносно прості конструктивно, можуть бути використані для нагріву атмосферного повітря до температури 750 °C як робочого тіла, наприклад в газотурбінній установці, яка працює за відкритим циклом Брайтона з використанням сконцентрованого сонячного випромінювання. До теперішнього часу розроблені різноманітні схеми сонячних колекторів і методи їх розрахунку. Повітря, нагріте в групі сонячних колекторів до температури 500600 °C, може бути використане для сушіння і грануляції мінеральних добрив, наприклад амофосу. В технологічному комплексі корисної моделі, що містить вітроенергетичну установку, фотоелектричні перетворювачі та сонячні колектори, не використовуються ніякі види палива, відсутні шкідливі викиди в атмосферу, які мають місце при згоранні різних палив, надійні в роботі, реалізується високий рівень автоматизації, має місце високий ККД, достатньо швидкий термін окупності попередніх фінансових і матеріальних затрат в декілька років з одержанням далі чистого прибутку за рахунок відсутності використання різних видів палива, різкого зниження питомих витрат енергії на сушіння і грануляцію мінеральних добрив. Вітроенергетичні установки та сонячні колектори можуть працювати як самостійно, так і в паралельній схемі. Якщо швидкість вітру достатня для забезпечення необхідної електричної потужності ВЕУ, то сонячні колектори для підігріву повітря доцільно використовувати в частковому режимі експлуатації з меншими витратами повітря, необхідними для різних технологічних цілей. При стабільному потоці сонячної енергії в основному працюватимуть сонячні колектори, а ВЕУ буде генерувати електроенергію, яку можна використати для електропостачання і для генерації тепла, наприклад для сушіння. ВЕУ може також ефективно працювати з електростанцією на основі фотоелектричних перетворювачів (ФЕП), в яких використовуються напівпровідники із монокристала кремнію, арсеніду галію та ін. з ККД 1620 %. Фотоелектричний перетворювач ФЕП є ефективним перетворювачем енергії квантів сонячного світла (фотонів) в енергію електричного струму. В 2006 р. в Німеччині введена в експлуатацію фотоелектрична станція потужністю 10 МВт. Електричний струм, одержаний на фотоелектричних станціях, в корисній моделі пропонується використати для нагріву атмосферного повітря до температури сушіння та грануляції мінеральних добрив (500600 °C) так, як і в разі використання електроенергії ВЕУ. Застосування електроенергії, що генерується у вітроенергетичній установці та в фотоелектричних системах, чи сонячних колекторах для нагріву повітря для сушіння і грануляції мінеральних добрив дозволяє створити в значній мірі екологічно чистий, термодинамічно і економічно ефективний спосіб сушіння зерна різних видів. Електрична енергія з термодинамічної точки зору є енергією найвищої якості і може бути ефективно перетворена в інші види енергії (теплову, механічну тощо). В корисній моделі електрична та сонячна енергія перетворюються в тепло повітря для сушіння і грануляції мінеральних добрив. Після сушіння і грануляції мінеральних добрив вихідне повітря маєтемпературу приблизно 90 °C, що дозволяє застосувати бромистолітієву холодильну машину (АБХМ) для охолодження сушильного повітря до температури 7100 °C. Охолоджене повітря використовують для охолодження гранульованого добрива та для технологічних цілей. Це підвищує термодинамічну і економічну ефективність способу. Таким чином, у корисній моделі реалізується енергозберігаюча технологія сушіння і грануляції мінеральних добрив по тригенераційній схемі з виробництвом електроенергії, тепла і холоду без використання природного газу та інших видів палива. Запропонована ресурсозберігаюча та енергозберігаюча тригенераційна технологічна схема сушіння мінеральних добрив базується на використанні поновлюваних джерел енергії, є наукоємною і має перспективи для практичного втілення в хімічну промисловість, наприклад в акціонерне товариство "Суміхімпром". На основі корисної моделі можливо досить швидко створити нові установки по сушінню і грануляції мінеральних добрив в значних масштабах, а також відкривається можливість модернізувати діючі енергозатратні і ресурсозатратні технології цього напрямку. На фіг. 1 наведена комбінована тригенераційна технологія сушіння та грануляції добрив на основі виробництва електроенергії у вітроенергетичній установці (ВЕУ) з подальшим використанням її для підігріву атмосферного повітря в електронагрівнику до 550600 °C для сушіння і охолодження відпрацьованого повітря; і на основі фотоелектричних перетворювачів (ФЕП) для виробництва електроенергії і використання її для нагріву атмосферного повітря в 2 UA 115958 U 5 10 15 20 25 30 35 40 електронагрівнику і охолодження відпрацьованого повітря у бромистолітієвій або водоаміачній холодильних машинах. На фіг. 2 наведена комбінована тригенераційна технологія на основі виробництва електроенергії у вітроенергетичній установці (ВЕУ) з подальшим використанням її для підігріву атмосферного повітря в електронагрівнику для сушіння і грануляції мінеральних добрив і сонячного колектора, також для підігріву атмосферного повітря для сушіння і грануляції мінеральних добрив. Комбінована тригенераційна технологія сушіння та грануляції мінеральних добрив (комплекс пристроїв) по схемі фіг. 1 містить вітроенергетичну установку 1 з вітродвигуном 2; муфтою 3; електрогенератором 4; електронагрівник атмосферного повітря (теплоносія) 5; барабанну гранулятор-сушарку (БГС) 6; бромистолітієву холодильну машину АБХМ 7; водоаміачну холодильну машину ВАХМ 8; інвертор 9 для перетворення сталого струму у змінний; сонячні фотоелектричні перетворювачі 10. Спосіб сушіння і грануляції мінерального добрива по тригенераційному принципу за фіг. 1 реалізується наступним чином. Електроенергія змінного струму генерується в електрогенераторі 4 вітроенергетичної установки 1, а також у фотоелектричних перетворювачах 10; далі електроенергія надходить до електронагрівника 5 для підігріву як сушильний агент атмосферного повітря до 550600 °C (або 100-180 °C по іншій схемі), яке спрямовується в барабанну гранулятор-сушарку (БГС) 6. Після БГС 6 відпрацьований сушильний агент (повітря) при температурі в межах 90 °C направляється в бромистолітієву холодильну машину (АБХМ) 7 для охолодження його до температури 710 °C. Якщо температура відпрацьованого повітря більше 100 °C після БГС 6, тоді воно направляється для охолодження до температури нижче 0 °C до водоаміачної холодильної машини ВАХМ 8. Охолоджене повітря використовується для охолодження мінерального добрива після сушіння і грануляції, а також на технологічні цілі. Комбінована тригенераційна технологія сушіння і грануляції мінеральних добрив (комплекс пристроїв) по схемі фіг. 2 містить: вітроенергетичну установку (ВЕУ) 1 з вітродвигуном 2, муфтою 3, електрогенератором 4; електронагрівник сушильного агента (атмосферного повітря) 5; барабанну гранулятор-сушарку 6; бромистолітієву холодильну машину АБХМ 7; водоаміачну холодильну машину ВАХМ 8, сонячні колектори (СК) 11. Тригенераційна технологія сушіння і грануляції мінеральних добрив по схемі фіг. 2 реалізується наступним чином. Електроенергія змінного струму виробляється електрогенератором 4 вітроенергетичної установки ВЕУ 1, яка направляється до електронагрівника 5 для підігріву атмосферного повітря як сушильного агента до 550-600 °C, і паралельно атмосферного повітря нагрівається до температури 550600 °C, як сушильного агента в сонячних колекторах 9, яке спрямовується в барабанну гранулятор-сушарку6 мінерального добрива. Після БГС 6 відпрацьований сушильний агент (повітря) при температурі в межах 90 °C направляється до бромистолітієвої холодильної машини 7 для охолодження його до температури 710 °C. Якщо температура відпрацьованого повітря більше 100 °C після БГС 6, тоді воно направляється до водоаміачної холодильної машини ВАХМ 8 для охолодження до температури від -10 до -15 °C. Охолоджене повітря використовують для охолодження мінерального добрива після сушіння і грануляції, а також на технологічні цілі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 Спосіб енергозбереження в сушінні і грануляції мінеральних добрив, який відрізняється тим, що реалізують тригенераційний принцип використання поновлювальних джерел енергії вітру, сонячного випромінювання та холоду в холодильних установках в технології сушіння та грануляції мінеральних добрив, цього досягають комбінацією або вітроенергетичної установки (ВЕУ) з фотоелектричними перетворювачами сонячної енергії (ФЕП) для виробництва електроенергії з подальшим виробництвом тепла, або вітроенергетичної установки (ВЕУ) з сонячним колектором (СК) з безпосереднім виробництвом тепла в (СК) і перетворенням електроенергії, виробленої в ВЕУ, в тепло для сушіння та грануляції мінеральних добрив з подальшим використанням відпрацьованого в технології теплоносія для вироблення холоду в холодильних машинах. 3 UA 115958 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4