СПОСОБ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ТЕПЛА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК C04B40/02 B28B11/24 

Изобретение относится к способам тепловлажностной обработки строительных и других материалов и установкам для его осуществления.

Известен способ тепловлажностной обработки строительных материалов в автоклаве путем нагревания загруженных в него изделий насыщенным водяным паром, подаваемым непосредственно от первичного парогенератора, с подъемом температуры среды до 101-103^oC при постоянном абсолютном давлении 0,107-0,115 МПа и с дальнейшим подъемом температуры и давления среды в автоклаве после достижения в центральной зоне изделий температуры 65-70^oC [1].

Этот способ, однако, обладает тем недостатком, что он не предусматривает рекуперации тепла, аккумулированного изделиями в процессе тепловлажностной обработки.

Известен другой способ тепловлажностной обработки строительных материалов в автоклаве, загруженного сырыми изделиями (автоклаве-приемнике), путем его сообщения с автоклавом, в котором завершилась тепловлажностная обработка (автоклавом-источником), с рекуперацией тепла пара, выделяющегося из изделий в автоклаве-источнике при сбросе в нем давления [2].

Этот способ, однако, обладает тем недостатком, что рекуперацию проводят одновременно с подъемом абсолютного давления в автоклаве-приемнике до 0,25-0,35 МПа, что позволяет снизить абсолютное давление в автоклаве-источнике ниже 0,35-0,45 МПа.

Способ тепловлажностной обработки строительных материалов согласно изобретению отличается от известного тем, что подачу пара в автоклав-приемник из автоклава-источника осуществляют при поддержании в автоклаве-приемнике постоянного абсолютного давления в пределах 0,107-0,115 МПа до достижения в нем температуры среды 85-95^oC, а дальнейшую подачу вторичного пара в последний осуществляют при постоянном объеме системы источник-приемник. При этом движущей силой процесса сначала является естественный перепад давления между источником и приемником, а затем принудительный перепад, создаваемый компрессором. Переход на принудительное перемещение пара предпочтительно осуществляют после снижения перепада давления между источниками и приемником до 0,08-0,1 МПа.

Для снижения теплозатрат и повышения эффективности рекуперации в способе согласно изобретению образующийся в автоклаве-приемнике конденсат с температурой ниже температуры среды в автоклаве-источнике в конце рекуперации удаляют в открытый приемник, а остальной конденсат с более высокой температурой, накапливают в сборнике конденсата под давлением. В процессе рекуперации и снижения давления в этом сборнике конденсат вскипает. Образующийся пар подают в автоклав-приемник также сначала под действием естественного перепада давления одновременно или последовательно с паром из автоклава-источника, а затем принудительно с помощью компрессора.

Конечные параметры рекуперации (давление и температура) в обоих источниках (автоклаве и сборнике конденсата) определяют, исходя из экономических соображений и сравнения энергии, дополнительно возвращаемой в систему за счет рекуперации и затрачиваемой на принудительное перемещение пара.

Способ согласно изобретению допускает также включение в систему рекуперации аккумулятора тепла, что значительно расширяет возможности маневрирования при малом числе автоклавов (вплоть до одного) или значительном расхождении во времени окончания процесса в автоклаве-источнике и начала процесса в автоклаве-приемнике. При этом для повышения эффективности рекуперации также прибегают к принудительному перемещению пара между источником, аккумулятором и приемником.

Особенности способа согласно изобретению, а также установки для его осуществления наглядно иллюстрируются приводимыми ниже примером и прилагаемым чертежом, на котором изображена схема установки, состоящей из одного или более автоклавов (1), одного или более сборников конденсата (2), компрессора (3), аккумулятора тепла (4), рекуперационной линии (5) для перепуска пара под действием естественного перепада давления, рекуперационной линии (6) для принудительного перепуска пара, линии (7) для удаления паровоздушной смеси из автоклава-приемника или сброса вакуума из автоклава-источника и сборника конденсата, линии (8) для удаления конденсата в сборник конденсатора под давлением, линии (9) для удаления конденсата в открытый приемник, линии (10) для подачи пара от первичного парогенератора, а также соответствующей запорной и регулирующей арматуры, перечисляемой ниже при описании работы установки.

Разумеется, не все перечисленные выше элементы установки являются обязательными. Можно, например, отказаться от сборника конденсата (2) или компрессора (3), однако это приведет к снижению эффективности рекуперации. Можно также отказаться от аккумулятора тепла (4), но при малом числе автоклавов это приведет к ограничению возможности маневрирования.

Установка согласно изобретению работает следующим образом.

По окончании тепловлажностной обработки в автоклаве-источнике (И) и загрузки сырых изделий в автоклав-приемник (П) последний соединяют через вентили (11), (12), (13) и рекуперационную линию (5) с автоклавом-источником (И) и сборником конденсата (2), через вентиль (16) - с линией (9) сброса конденсата в открытый приемник (не изображенный на схеме) и через вентиль (15) - с линией (7) удаления паровоздушной смеси в атмосферу. При этом пар из автоклава-источника (И) и сборника конденсата (2) под действием естественного перепада давления начинает перетекать в автоклав-приемник (П), где он конденсируется на холодных изделиях, нагревая их. Вследствие этого давление в автоклаве-источнике (И) и в сборнике конденсата (2) начинает снижаться и влага, содержащаяся в изделиях, конденсат внизу автоклава и в сборнике становятся перегретыми и вскипают, а выделяющийся при этом пар переходит в автоклав-приемник (П). Когда температура конденсата, вытекающего из автоклава-приемника, становится выше наиболее низкой температуры вторичного пара в момент окончания рекуперации (порядка 80-100^oC), закрывают вентиль (16) к линии (9) удаление конденсата в открытый приемник и открывают вентиль (14) к линии (8) для подачи конденсата в сборник конденсата под давлением. Указанный выше процесс подачи пара в автоклав-приемник (П) продолжают до тех пор, пока естественный перепад давления между источниками и приемником не снизится настолько, что скорость поступления пара в автоклав-приемник существенно замедлится. Это происходит обычно при перепаде давления между источником и приемником порядка 0,08-0,1 МПа.

Для продолжения процесса с требуемой скоростью закрывают вентиль (11) и открывают вентиль (17) и (18) для подачи пара из автоклава-источника (И) и сборника конденсата (2) в автоклав-приемник (П) через компрессор (3) и рекуперационную линию (5).

Если к моменту окончания цикла тепловлажностной обработки в автоклаве-источнике автоклав-приемник не готов к пуску, а задерживать разгрузку первого нежелательно, получаемый в источниках (И) и (2) вторичный пар направляют под действием естественного перепада давления через вентиль (19) или принудительно через компрессор (3) и вентиль (20) в аккумулятор тепла (4); при наступлении подходящих условий наклоненное в аккумуляторе тепло используют, как описано выше.

По исчерпании возможности рекуперации в оптимальном режиме дальнейший подъем температуры и давления в автоклаве-приемнике осуществляют путем подачи в него пара от первичного парогенератора через линию 10 и вентиль 21. Одновременно автоклав-источник (И) и сборник конденсата (2) отсоединяют от рекуперационной линии (5) или (6), соединяют с атмосферой через вентили (13) и (15) для сбора вакуума, и конденсат из сборника (2) через вентиль (22) и линию (8) удаляют в открытый приемник.

Пример 1.

В автоклаве диаметром 2 м и длиной 19 м производят тепловлажностную обработку полнотелого силикатного кирпича насыщенным водяным паром при давлении среды 0,9 МПа и температуре среды и изделий 175^oC. В автоклав загружают 15400 кирпичей с начальной температурой 45^oC и влажностью 6,5. Общая масса изделий составляет 55 500 кг. Водяной эквивалент автоклава составляет примерно 0,08 ГДж. После окончания тепловлажностной обработки в автоклаве-источнике и загрузки сырых изделий в автоклав-приемник в последнем начинают тепловлажностную обработку путем подачи в него пара из автоклава-источника. В соответствии с известным способом перепуска с одновременным подъемом давления в автоклаве-приемнике рекуперацию продолжают до снижения абсолютного давления в автоклаве-источнике до 0,4 МПа и подъема абсолютного давления в автоклаве-приемнике до 0,3 МПа. Указанному давлению соответствует температура в автоклаве-источнике 145^oC.

Согласно расчетам, при снижении температуры изделий в последнем до указанного значения удается рекуперировать:
- без использования тепла вторичного вскипания конденсата: 1,94 ГДж/цикл или около 16% от всего тепла, затраченного на тепловлажностную обработку;
- рекуперированное количество тепла позволяет нагревать изделия на 24^oC;
- тепло, получаемое от вторичного вскипания конденсата, составит 0,2 ГДж/цикл или около 1,7%,
так что усложнять систему и процесс дополнительными сборниками конденсата нецелесообразно.

Пример 2.

При работе автоклавов, описанных в примере 1, производят рекуперацию по способу согласно изобретению с понижением абсолютного давления в автоклаве-источнике до 0,047 МПа и температуры изделий в нем и в сборнике конденсата до 80^oC. Образующийся в автоклаве-приемнике конденсат с температурой ниже 80^oC удаляют в открытый приемник, а конденсат с температурой выше 80^oC накапливают в сборнике конденсата, работающем под давлением.

Автоклав-приемник (П) после загрузки его сырцом и закрытия крышек соединяют с автоклавом-источником (И) и сборником конденсата (3) через перепускную линию (5) и с атмосферой через линию (7). При этом пар из автоклава-источника и сборника конденсата под действием естественного перепада давления поступает в автоклав-приемник, где он конденсируется на холодных изделиях, нагревая их. В начальный период подачи пара в автоклав-источник осуществляют при постоянном абсолютном давлении в нем 0,107-0,115 МПа до достижения температуры среды 85-95^oC. Затем автоклав-приемник отсоединяют от атмосферы, продолжая подавать в него пар из источников, пока перепад давления между источниками и приемниками не снизится примерно до 0,08-0,1 МПа и скорость поступления пара в приемник существенно замедлится.

Для продолжения рекуперации автоклав-источник и сборник конденсата подключают к перепускной линии (6), из которой вторичный пар подают в перепускную линию (5) компрессором (3) и продолжают рекуперацию до достижения в источниках температуры 80^oC и абсолютного давления 0,047 МПа.

Согласно выполненным расчетам при описанном выше порядке проведения процесса рекуперации удается достичь следующих результатов.

Количество тепла, отдаваемого паром из автоклава-источника при снижении в нем температуры в интервале:
175-145^oC составляет 1,94 ГДж/цикл
145-120^oC составляет 1,52 ГДж/цикл
120-100^oC составляет 1,16 ГДж/цикл
100-80^oC составляет 1,11 ГДж/цикл
Количество тепла, отдаваемого паром вторичного вскипания конденсата с начальной температурой 126^oC при снижении в нем температуры в интервале:
126-100^oC составляет 0,38 ГДж/цикл
100-80^oC составляет 0,28 ГДж/цикл
Таким образом, общее количество рекуперируемого тепла по способу согласно изобретению составляет:
6,4 ГДж/цикл, в том числе
по сравнению с известным способом
4,45 ГДж/цикл, в том числе
за счет принудительной подачи пара
2,93 ГДж/цикл, в том числе
за счет вскипания конденсата
0,66 ГДж/цикл
Соответствующий расход энергии на принудительную подачу пара составляет 0,1 ГДж/цикл.

Источники информации:
1. Хавкин Л.М. Технология силикатного кирпича.- М.: Стройиздат, 1982, с. 277.

2. SU 309597 A, 06.09.72.

Способ тепловлажностной обработки строительных материалов с рекуперацией тепла, аккумулированного изделиями в автоклаве-источнике, состоит в том, что подачу пара из автоклава-источника осуществляют при постоянном абсолютном давлении в автоклаве-приемнике в пределах 0,107-0,115 МПа до достижения в нем температуры среды 85-95^oС, а дальнейшую подачу пара осуществляют принудительно при постоянном объеме системы источник-приемник. Образующийся при этом конденсат с температурой ниже температуры среды в автоклаве-источнике в конце рекуперации удаляют в открытый приемник, а конденсат с более высокой температурой накапливают в сборнике под давлением с целью последующей утилизации пара вторичного вскипания. Кроме того, в способе до достижения перепада давления между источником и приемником примерно до 0,08-0,1 МПа подачу пара в автоклав-приемник осуществляют под действием естественного перепада давления, а дальнейшую подачу пара осуществляют принудительно с помощью компрессора. Установка для осуществления способа содержит сборник конденсата под давлением, компрессор для принудительной подачи пара из автоклава-источника и сборника конденсата в автоклав-приемник. Изобретение обеспечивает экономичный расход тепловой энергии при обработке строительных материалов. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ тепловлажностной обработки строительных материалов с рекуперацией тепла, аккумулированного изделиями в автоклаве-источнике, путем загрузки изделий в автоклав-приемник, его сообщения с автоклавом-источником и нагревания изделий в автоклаве-приемнике вторичным паром из автоклава-источника, отличающийся тем, что подачу пара в автоклав-приемник из источника осуществляют при постоянном абсолютном давлении в автоклаве-приемнике 0,107 - 1,115 МПа до достижения в нем температуры среды 85 - 95^oC, а дальнейшую подачу вторичного пара осуществляют принудительно при постоянном объеме системы источник-приемник. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что конденсат из автоклава-приемника с температурой ниже минимально достижимой температуры источников вторичного пара в конце рекуперации удаляют в открытый приемник, а конденсат с более высокой температурой накапливают в герметизированном сборнике под давлением. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что до снижения естественного перепада давления между источником и приемником до 0,08 - 0,1 МПа рекуперацию осуществляют под действием естественного перепада давлений, а дальнейшую подачу вторичного пара из источника в виде автоклава и сборника конденсата в автоклав-приемник осуществляют принудительным образом до снижения температуры в источниках до экономически целесообразной величины, определяемой из сравнения количества рекуперируемой энергии и затраченной на обеспечение принудительного движения пара. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что после окончания тепловлажностной обработки изделий пар из автоклава-источника и сборника конденсата направляют в аккумулятор тепла, которое используют по мере надобности с применением при необходимости принудительного перемещения пара. 5. Установка для осуществления способа по любому из пп. 1 - 3, состоящая из автоклавов с соответствующими коммуникациями и арматурой, отличающаяся тем, что она содержит сборник конденсата под давлением и устройство для принудительной подачи вторичного пара из автоклава-источника и сборника конденсата в автоклав-приемник. 6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что она содержит аккумулятор тепла, установленный между источником и приемником.