Устройства минимизации энергозатрат при сохранении качества битума

Для минимизации энергозатрат при сохранении качества битума в процессе обезвоживания необходимо:

интенсифицировать процесс обезвоживания путем увеличения коэффициента теплоотдачи от нагревателей к битуму;
минимизировать обводнение битума при хранении, что в дальнейшем (при обезвоживании битума) позволит снизить энергозатраты и сохранить его качество.

Котел обезвоживания вязких жидкостей

Для минимизации энергозатрат и сохранения качества битума при обезвоживании разработана конструкция котла обезвоживания вязких жидкостей (рис 1).

Рис. 1. Котел обезвоживания вязких жидкостей

1 - теплоизолированная емкость; 2 - люк; 3, 4, 17, 18 - патрубки; 5 - нагревательные
элементы; 6 - датчик уровня; 7 - датчик температуры; 8, 9 - кран; 10 - вибратор;
11 - камера сбора конденсата; 12 - холодильник; 13 - клапан; 14 - продувной вентилятор;
15 - вибрирующая решетка; 16 - шток; 19 - трубопровод

Технический результат при эксплуатации котла достигается повышением коэффициента теплоотдачи от нагревателей за счет введения в котел в локальную область нагрева битума и расположения нагревателей «виброрешетки», обеспечивающей вынужденную конвекцию битума в области нагрева, а также принудительным отведением и улавливанием паров испаряющейся влаги и летучих углеводородов.

Эксплуатируемые в настоящее время на АБЗ котлы обезвоживания БКЖ-15, ДС-6, СИ-201 и т.д. работают на принципе свободной конвекции, что вследствие высокой вязкости (при 100°С динамическая вязкость дорожных битумов в среднем равна 1 Па·с) и малой теплопроводности (при 100°С около 0,14 Вт/м°С) битума приводит к значительным энергозатратам на нагрев и обезвоживание битума, а также компенсацию тепловых потерь, вследствие большой длительности процесса обезвоживания. Кроме того, при обезвоживании происходит ухудшение качества битума за счет его перегрева и коксования в зоне нагревателей, а также окисления кислородом из-за свободного доступа воздуха в котел. При этом пары влаги удаляется из котла через открытый люк в атмосферу, что отрицательно сказывается на экологической обстановке рабочей зоны.

Предлагаемая конструкция котла обезвоживания вязких жидкостей устраняет описанные недостатки и работает следующим образом. Через приемный патрубок 3 в емкость 1 котла обезвоживания, при закрытых кранах 8 и 9 и люке 2, заливается вязкая жидкость. При этом в емкости 1 создается повышенное давление и находящейся в ней избыток воздуха выходит через клапан 13 в камере сбора конденсата 11. При заполнении котла до рабочего уровня, определяемого датчиком 6, включаются нагреватели 5, вибратор 10 и продувной вентилятор 14. При этом колебания вибратора 10 через шток 16 передаются вибрирующей решетке 15 и вязкой жидкости, что приводит к ее вынужденному перемещению в области нагревателей и равномерному (без перегрева и коксования) нагреву. Вследствие создания вынужденной конвекции коэффициент теплоотдачи от нагревателей к вязкой жидкости возрастает в 1,5-2,5 раза, а время ее обезвоживания сокращается в 1,5-1,8 раза.

Режим работы вибратора 10 может быть как непрерывным, так и дискретным и выбирается в зависимости от вида обезвоживаемой вязкой жидкости. Температура обезвоживаемой в котле вязкой жидкости определяется датчиком 7 и может поддерживаться в пределах заданных значений за счет управления работой нагревателей 5. Выделяющиеся при обезвоживании вязкой жидкости пары влаги за счет работы продувного вентилятора 14 принудительно удаляются из емкости 1 через дополнительный патрубок 17 в камеру сбора конденсата 11. При этом из парогазовоздушной смеси влага конденсируется на холодильнике 12 и собирается в нижней части камеры сбора конденсата 11, а газовоздушная смесь возвращается через трубопровод 19 и дополнительный патрубок 18 в емкость 1. При удалении влаги из вязкой жидкости отсутствует контакт атмосферного воздуха с газовоздушной смесью внутри емкости 1 котла, что позволяет существенно замедлить реакции окисления вязкой жидкости кислородом воздуха, то есть сохранить ее качество, а также предотвратить улетучивание углеводородов в атмосферу, то есть улучшить экологическую обстановку в рабочей зоне. По окончанию процесса обезвоживания, о котором свидетельствует резкое повышение температуры вязкой жидкости в емкости 1, нагреватели 5, вибратор 10 и продувной вентилятор 14 выключаются и вязкая жидкость из емкости 1 через патрубок 4 и открытый битумный кран 8 выдается потребителю.

При заборе вязкой жидкости в котле создается вакуумирование, при этом открывается клапан 13 и емкость 1 заполняется воздухом. Влага из камеры сбора конденсата удаляется через открытый кран 9 для слива воды. Краны 8 и 9 закрываются. Люк 2 в емкости 1 предназначен для проведения регламентных работ. Котел готов к следующему циклу обезвоживания.

Таким образом, котел обезвоживания вязких жидкостей обладает следующими достоинствами:

позволяет снизить энергозатраты в 1,3-1,6 раз и сократить время обезвоживания вязких жидкостей;
позволяет сохранить качество обезвоживаемой вязкой жидкости;
позволяет улучшить экологию в рабочей зоне;
может быть реализован как в заводском исполнении, так и путем модернизации существующих котлов обезвоживания с различными системами нагрева (электрическими нагревателями, масляными или паровыми регистрами, жаровыми трубами);
может быть полностью автоматизирован.