Анализ энергозатрат при существующей технологии обработки битума
При обезвоживании битума с целью предотвращения выброса пены, котел заполнялся только на треть, и масса обводненного битума в котле составляла примерно 10-11 тонн. Нагреватели в котле обезвоживания работали в непрерывном режиме. При этом, как показали измерения температурных полей, активный выход паровых пузырьков из объема битума и их разрушение с выбросом пара в атмосферу начинались только при достижении битумом (БНД 60/90) температуры 110—115°С. При дальнейшем нагреве выпаривание влаги из битума интенсифицировалось и продолжалось до достижения битумом температуры 135-145°С! Большая длительность и высокая температура процесса обезвоживания обуславливают значительные энергозатраты. При этом энергия расходуется на:
1. Затраты тепла на нагрев битума
Qб = mб·сб·(tк - tн), Дж,
где mб, кг- масса битума без влаги;
сб = 1884 Дж/кг-°С - удельная теплоемкость битума;
tK = 140°С - конечная температура битума в котле обезвоживания;
tH = 95°С - начальная температура битума в котле обезвоживания.
2. Затраты тепла на нагрев воды
где mв, кг - масса воды варьируется в пределах от 3% до 5%;
св= 4186 Дж/кг-°С - удельная теплоемкость воды;
(tK — tн)/2 = 27,5°С - средняя температура на которую догревается вода.
3. Затраты тепла на парообразование
Qпар = mв·r, Дж,
где r = 2256254 Дж/кг - усредненная удельная теплота парообразования.
4. Затраты тепла на компенсацию потерь в окружающую среду
Qп = Sn·an·(tn - tc)·tay, Дж,
гдеSn =54,3 м2 - площадь поверхности котла обезвоживания;
an= 27 Вт/м2·0С - коэффициент теплоотдачи от поверхности котла в атмосферу;
tnK = 80°С - средняя температура наружной поверхности котла обезвоживания;
tcp = 20°С - средняя температура внешней среды;
tay, с — время обезвоживания битума в котле.
Таким образом, суммарные расчетные энергозатраты на обезвоживание битума определяются
Qсумм =Qб +Qв +Qпар + Qп, Дж,
а реальные энергозатраты определяются
Qреал =PТЭН ·tay, Дж,
где РТЭН = 1890000 Вт - мощность ТЭНов установленных в котле обезвоживания.
Расчетные Qсумм и реальные Qреал энергозатраты на обезвоживание битума с обводненностью 3-5 % приведены в таблице 1.
Как следует из таблицы 1, с увеличением обводненности битума потребление энергии на обезвоживание существенно увеличивается, при этом реальные энергозатраты'превышают расчетные на 30-35%, что связанно с неучтенной в существующей методике расчета энергозатрат сложностью механизма процесса вскипания водных включений и физической взаимосвязи влаги и пара с вязкой жидкостью.
Таблица 1. Расчетные и реальные энергозатраты при обезвоживании битума с обводненностью 3-5 % в котле
Обводненность битума, % | 3,1 | 2,7 | 4,6 |
Мощность нагревателей РТЭН, Вт | 1890000 | 1890000 | 1890000 |
mб, кг | 10368,3 | 10304,1 | 10207,8 |
Qб, Дж | 879024474,0 | 873581598,0 | 865417284,0 |
mв, кг | 331,7 | 395,9 | 492,2 |
Qв, Дж | 38183645,5 | 45574028,5 | 56659603 |
Qпар, Дж | 748399451,8 | 893250958,6 | 1110528218,8 |
tay, с | 396000,0 | 43200,0 | 50400,0 |
Qn, Дж | 3483453600,0 | 4116808800,0 | 4433486400,0 |
Qсумм, Дж | 5149061171,3 | 5929215385,1 | 6466091505,8 |
Qсумм, кВт·час | 1430,3 | 1647,0 | 1796,1 |
Qреал, Дж | 7484400000,0 | 8845200000,0 | 9525600000,0 |
Qреал, кВт·час | 2079,0 | 2457,0 | 2646,0 |