FR2491603A1

FR2491603A1 - Drier energy economy system - compresses water vapour using high pressure steam and condenses it to heat incoming air

Info

Publication number: FR2491603A1
Application number: FR8021112A
Authority: FR
Inventors: Dominique Larger; Jacques De Gunzbourg
Original assignee: Entropie SA
Current assignee: Entropie SA
Priority date: 1980-10-02
Filing date: 1980-10-02
Publication date: 1982-04-09

Abstract

The energy economy system is for a drier, in which part of the heat of the emerging gases is recovered by evaporating water. The water vapour formed is compressed by the action of high-pressure steam in a static compression unit, and the compressed vapour is condensed to heat the air entering the drier. Evaporation can be carried out at several levels, corresponding to different evaporation temps. and pressures, and compression can also be carried out in several stages, as can condensation.

Description

DESCRIPTION
La présente invention est relative à un procédé d'économie d'énergie sur des appareils de séchage.DESCRIPTION
The present invention relates to an energy saving method on drying apparatus.

Cette invention concerne en particulier les séchoirs dont l'apport de chaleur pour deshydrater les produits est sous forme d'air ou de gaz à moyenne ou basse tem pérature. Ce type de séchoir est utilisé dans de nombreux secteurs de l'industrie : Agro-alimentaire en particulier malterie, chimie, pharmacie,... lorsque le produit à sécher risque d'être détérioré s'il est porté à une température élevée.This invention relates in particular to driers, the supply of heat for dehydrating the products is in the form of air or gas at medium or low temperature. This type of dryer is used in many sectors of the industry: Agri-food, in particular malting, chemicals, pharmacy, ... when the product to be dried risks being damaged if it is brought to a high temperature.

Divers procédés ont été proposées, permettant d'améliorer le rendement thermique de tels séchoirs. Various methods have been proposed, making it possible to improve the thermal efficiency of such dryers.

C'est ainsi qu'il est connu d'utiliser une pompe à chaleur à cycle de fluide type fluorocarbone, qui récupère une partie de la chaleur de l'air ou des gaz humides sortant du séchoir, qui élève le niveau de température de cette chaleur par l'action d'un compresseur de fluide type fluorocarbone et qui transmet la chaleur ainsi récupérée à l'air ou aux gaz entrants. It is thus known to use a fluorocarbon type fluid cycle heat pump, which recovers part of the heat from the air or from the humid gases leaving the dryer, which raises the temperature level of this heat by the action of a fluorocarbon type fluid compressor which transmits the heat thus recovered to the incoming air or gases.

Ce procédé présente comme inconvénient -d'utiliser un fluide organique, du type fluorocarbone en particulier, dont la stabilité est médiocre et les coefficients d'échange thermique faibles. De plus l'utilisation d'un compresseur mécanique pose des problèmes d'entretien et le rendement énergétique n'est pas toujours satisfaisant, car seule est transmis au système, lténergie mécanique servant a faire fonctionner le compresseur, alors que pour produire cette quantité d'énergie mécanique il a fallu consommer, dans la plupart des cas, trois fois plus d'énergie sous forme de chaleur. This process has the drawback of using an organic fluid, of the fluorocarbon type in particular, the stability of which is poor and the coefficients of heat exchange low. In addition, the use of a mechanical compressor poses maintenance problems and the energy efficiency is not always satisfactory, because only the mechanical energy used to operate the compressor is transmitted to the system, whereas to produce this quantity of mechanical energy required, in most cases, three times more energy in the form of heat.

La présente invention a pour but de remédier à ces incoiivenients et à cet effet, elle a pour objet un procédé d'économie d'énergie des appareils de séchage du type dans lequel on récupère une partie de la chaleur de l'air ou des gaz sortant du séchoir par évaporation de l'eau à basse température, on comprime cette vapeur d'eau dans un dispositif statique utilisant comme énergie de compression de la vapeur d'eau à haute pression, on condense la vapeur d'eau comprimée pour céder la chaleur récupérée et celle provenant de la vapeur deeau haute pression, à l'air ou aux gaz recyclés entrant dans l'appareil de séchage, ltévaporation, la compression et la condensation pouvant s'éffectuer dans différents étages successifs. The object of the present invention is to remedy these disadvantages and for this purpose it relates to an energy saving method for drying apparatus of the type in which part of the heat from the air or gases is recovered. leaving the dryer by evaporation of water at low temperature, this water vapor is compressed in a static device using as compression energy water vapor at high pressure, the compressed water vapor is condensed to yield the heat recovered and that from high pressure water vapor, air or recycled gases entering the drying apparatus, evaporation, compression and condensation which can take place in different successive stages.

Elle a également pour objet une installation d'économie dlénergie des appareils de séchage du type comprenant un ou plusieurs éV2pOrateurs d'eau pla cés dans les gaz sortants des appareils de séchage, un ou plusieurs dispositifs de compression statique du type éjecteur pour comprimer la vapeur d'eau par de la vapeur haute pression provenant d'une chaudière re, un ou plusieurs condenseurs, qui condensent tout ou partie de la. vapeur comprimée sortant de chaque éjecteur. It also relates to an energy saving installation of drying apparatuses of the type comprising one or more water evaporators placed in the gases leaving the drying apparatuses, one or more static compression devices of the ejector type to compress the vapor. water by high pressure steam from a re boiler, one or more condensers, which condense all or part of the. compressed steam leaving each ejector.

Ce procédé et cette installation présentent comme avantage le fait qu'on utilise de la vapeur d'eau comme fluide caloporteur, quton comprime la vapeur d'eau par un appareil statique, transmettant au système la totalité de la chaleur de la vapeur d'eau haute pression utilisée pour la compression, qu'on utilise selon les cas plusieurs étages d'évaporation, de compression, de condensation, pour augmenter la chaleur récupérée et diminuer les surfaces d'échange thermique. This method and this installation have the advantage that water vapor is used as the heat transfer fluid, which compresses the water vapor by a static device, transmitting to the system all the heat of the water vapor. high pressure used for compression, which is used depending on the case several stages of evaporation, compression, condensation, to increase the heat recovered and decrease the heat exchange surfaces.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre : Les dessins annexés sont donnés uniquement a titre d'exemples non limitatifs
La fig. 1 est une vue schématique d'une installation suivant un premier mode de réalisation conforme a l'invention. Other characteristics and advantages of the invention will appear during the description which follows: The appended drawings are given only by way of nonlimiting examples
Fig. 1 is a schematic view of an installation according to a first embodiment according to the invention.

La fig. 2 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation conforme à l'invention. Fig. 2 is a schematic view of another embodiment according to the invention.

L'installation représentée à la fig. 1 sert à économiser l'énergie d'un séchoir. Elle comprend, à titre d'exemple, deux étages d'évaporation, trois étages de compression et trois étages de condensation, le nombre de ces différents étages pouvant varier suivant les cas afin d'optimiser l'installation. The installation shown in fig. 1 is used to save the energy of a dryer. It includes, for example, two stages of evaporation, three stages of compression and three stages of condensation, the number of these different stages being able to vary according to the cases in order to optimize the installation.

La figure 1 montre un séchoir à plateaux (1), comportant des produits à sécher (2) et à travers lesquels entre un courant d'air chaud (3). Cet air cède sa chaleur pour sécher les produits et sort du séchoir sous forme d'un gaz humide (4). Figure 1 shows a tray dryer (1), comprising products to be dried (2) and through which enters a stream of hot air (3). This air gives up its heat to dry the products and leaves the dryer in the form of a humid gas (4).

Le gaz (4) passe à travers l'évaporateur (5)et à travers l'évaporateur (6), puis est rejetté à l'atmosphère. Les évaporateurs (5) et (6) sont alimentés en eau de façon parallèle par la canalisation (19) et la pompe de recyclage (18), laquelle recycle l'eau non évaporée provenant des évaporateurs (5) et (6), et les condensats provenant des condenseurs (il), (12) et (13) par l'in- termédiaire de la canalisation (14) et du dispositif de détente (21).La vapeur produite dans l'évaporateur (6) est reliée au dispositif de compression statique (8), du type éjecteur. qui comporte une tuvère de défunte de vapeur haute pression reliée par la canalisation (16) à la chaudière (15), une chambre de mélange vapeur détendue/vapeur aspirée provenant de l,ôvaporateur (6), un vellturi de compression du mélange, dont le refoulement est relié au condenseur (11). The gas (4) passes through the evaporator (5) and through the evaporator (6), then is released to the atmosphere. The evaporators (5) and (6) are supplied with water in parallel by the pipe (19) and the recycling pump (18), which recycles the non-evaporated water coming from the evaporators (5) and (6), and the condensates coming from the condensers (il), (12) and (13) via the pipe (14) and the expansion device (21). The vapor produced in the evaporator (6) is connected to the static compression device (8), of the ejector type. which comprises a low pressure high pressure steamer connected by the pipe (16) to the boiler (15), an expanded steam / sucked steam mixing chamber coming from the evaporator (6), a vellturi for compressing the mixture, of which the discharge is connected to the condenser (11).

Dans l'exemple figure l, la vapeur produite par ltévaporateur (5) est aussi reliée au condenseur (11) par la canalisation (20). La vapeur, qui n'est pas condeiisée dans le condenseur (11), est aspiree par l'ô- jecteur (9), qui est alimenté en vapeur haute pression par la chaudière (15) et dont le mélange de vapeur comprimée est en communication avec le condenseur (12).La vapeur qui n'est pas condensée dans le condenseur (12), est aspirée par l'éjecteur (10), qui est alimentée en vapeur haute pression par la chaudière (15) et dont le mélange de vapeur comprimée est en communication avec le condenseur (13). Ce dernier condenseur (13) est di mensionné pour condenser la totalité du mélange de va peur à la sortie de l'éjecteur (10).Les condensats, produits par les condenseurs (11), (12) et (13) sont collectés par l'intermédiaire de tubes en U ou de purgeurs dans la canalisation (14), et dirigés vers la pompe-(17) qui alimente la chaudière (15), et vers les deux évaporateurs (5) et (6) par l'intermédiaire d'un dispositif de détente (21) et de ra pompe de recyclage (18). Llair (3) entrant dans l'installation, traverse successivement le condenseur (li), le condenseur (12), le condenseur (13) avant d'entrer dans le séchoir (l). In the example in FIG. 1, the vapor produced by the evaporator (5) is also connected to the condenser (11) by the pipe (20). The steam, which is not condensed in the condenser (11), is sucked in by the nozzle (9), which is supplied with high pressure steam by the boiler (15) and whose compressed steam mixture is in communication with the condenser (12). The vapor which is not condensed in the condenser (12), is sucked up by the ejector (10), which is supplied with high pressure steam by the boiler (15) and whose mixture compressed steam is in communication with the condenser (13). This latter condenser (13) is dimensioned to condense the entire mixture of liquids at the outlet of the ejector (10). The condensates produced by the condensers (11), (12) and (13) are collected by via U-shaped tubes or steam traps in the pipeline (14), and directed towards the pump (17) which supplies the boiler (15), and towards the two evaporators (5) and (6) via an expansion device (21) and a recycling pump (18). Llair (3) entering the installation, successively passes through the condenser (li), the condenser (12), the condenser (13) before entering the dryer (l).

Le fonctionnement de cette installation est le suivant
La récupération de chaleur s'effectue sur le gaz (4) sortant du séchoir (1), qui cède son énergie calorifique à de l'eau s'évaporant à travers deux éva- porateurs à surface d'échange (5) et (6). La température de l'eau s'évaporant dans l'évaporateur (5) est plus élevée que celle dans l'évaporateur (6). The operation of this installation is as follows
Heat recovery takes place on the gas (4) leaving the dryer (1), which transfers its heat energy to water evaporating through two evaporators with an exchange surface (5) and (6 ). The temperature of the water evaporating in the evaporator (5) is higher than that in the evaporator (6).

La vapeur d'eau produite dans ltévaporateur (5) est d'abord en partie condensée dans le conden seur (11), la chaleur de condensation étant utilisée pour chauffer l'air jusqu a une température voisine de la température de ltévaporateur (5). Dans l'exemple figure 1, on comprime la vapeur d'eau provenant de l'évaporateur (6) pour alimenter également le condenseur (11). The water vapor produced in the evaporator (5) is first partly condensed in the condenser (11), the heat of condensation being used to heat the air to a temperature close to the temperature of the evaporator (5). . In the example in Figure 1, the water vapor from the evaporator (6) is compressed to also supply the condenser (11).

La vapeur non condensée dans le condenseur (11) est comprimôedans l'éjecteur (9), la vapeur non condensée dans le condenseur (12) est comprimée dans l'éjecteur (10), ce système permettant d'élever les températures de condensation et de chauffer ainsi successivement l'air (3) dans les condenseurs (12) et (13). Les éjecteurs fonctionnent â partir de vapeur haute pression produite par la chaudière (15) dont l'alimentation en eau est assurée par le retour d'une partie des condensats a travers la pompe (17). Le restant des condensats est détendu dans le dispositif (21) et repris par la pompe de recyclage (18) pour s 'ôvapo- rer dans les évaporateurs (5) et (6). The non-condensed vapor in the condenser (11) is compressed in the ejector (9), the non-condensed vapor in the condenser (12) is compressed in the ejector (10), this system making it possible to raise the temperatures of condensation and thus successively heating the air (3) in the condensers (12) and (13). The ejectors operate from high pressure steam produced by the boiler (15), the water supply of which is ensured by the return of a portion of the condensates through the pump (17). The remainder of the condensate is expanded in the device (21) and taken up by the recycling pump (18) to evaporate in the evaporators (5) and (6).

L'installation représentée en figure 2 est un autre mode de réalisation de l'invention, qui comporte un étage d'évaporation, un étage de compression et deux étages de condensaton. Le séchoir (1) est muni de plateaux sur lesquels se trouvent les produits à sécher(2) qui sont traversés par de l'air chaud entrant (3) et qui sort sous forme d'un gaz humide (4). Le gaz humide traverse l'échangeur (22), avant d'être rejeté à l'atmosphère.L'autre circuit de ltéchangeur (22) est de l'eau qui entre par l'intermédiaire de la pompe (24) et qui sort pour alimenter la chambre de détente (23), à travers un dispositif de détente (26). Une partie des condensats provenant des condenseurs (11) et (12) arrivent dans cette chambre (23) par l'intermédiaire du dispositif de détente (21). The installation shown in FIG. 2 is another embodiment of the invention, which comprises an evaporation stage, a compression stage and two condensaton stages. The dryer (1) is provided with trays on which are the products to be dried (2) which are traversed by the incoming hot air (3) and which leaves in the form of a humid gas (4). The wet gas passes through the exchanger (22) before being discharged into the atmosphere. The other circuit of the exchanger (22) is water which enters via the pump (24) and leaves for supplying the expansion chamber (23), through an expansion device (26). Part of the condensates from the condensers (11) and (12) arrive in this chamber (23) via the expansion device (21).

L'eau est reprise par la pompe (24). La vapeur d'eau produite dans la chambre (23) est reliée au condenseur (11) par la canalisation (27). La vapeur qui n'est pas condensée dans le condenseur (11) est dirigée vers l'éjecteur (8), qui est alimenté en vapeur haute pression par la chaudière (15). Le mélange de vapeur sortant de l'ôjecteur (8) est relié au condenseur (12). The water is taken up by the pump (24). The water vapor produced in the chamber (23) is connected to the condenser (11) by the pipe (27). The vapor which is not condensed in the condenser (11) is directed towards the ejector (8), which is supplied with high pressure steam by the boiler (15). The vapor mixture leaving the nozzle (8) is connected to the condenser (12).

Les condensats sont collectés dans la canalisation (14). Une partie est repris par la pompe (17), qui alimente la chaudière (15). Le restant est de tendu dans le dispositif (21) et dirigé vers la chambre de détente (23). The condensates are collected in the pipeline (14). A part is taken up by the pump (17), which supplies the boiler (15). The remainder is tensioned in the device (21) and directed towards the expansion chamber (23).

L'air entrant passe à travers le condeiiseur (11) et le condenseur (12), avant de traverser les produits à sécher (2). The incoming air passes through the condenser (11) and the condenser (12), before passing through the products to be dried (2).

Le fonctionnement de l'installation est le suivant
Le gaz (4) qui sort du se choir est refroidi dans l'échangeur (22), ce qui élève la température de l'eau circulant dans cet échangeur. Cette eau est introduite par un système de détente dans une chambre où la pression est plus faible que la pression dtôquilibre liquide - vapeur. Il y a vaporisation brutale d'une petite partie de l'eau, avec refroidissement jusqu'à la.tempera- ture d'équilibre.The operation of the installation is as follows
The gas (4) which leaves the fall is cooled in the exchanger (22), which raises the temperature of the water circulating in this exchanger. This water is introduced by an expansion system into a chamber where the pressure is lower than the liquid-vapor equilibrium pressure. Sudden vaporization of a small part of the water, with cooling to equilibrium temperature.

La vapeur ainsi produite est condensée en partie dans le condenseur (11) qui réchauffe l'air entrant. The steam thus produced is partly condensed in the condenser (11) which heats the incoming air.

Le restant est comprimé dans l'éjecteur (8), de façon à élever la température de condensation de la vapeur et à permettre l'rechange thermique dans le condenseur (12).The remainder is compressed in the ejector (8), so as to raise the condensation temperature of the vapor and to allow heat exchange in the condenser (12).

Les condensats sont retournés, une partie vers la chaudière par pompage, le restant vers la chambre (23) par un dispositif de détente (21). The condensates are returned, part to the boiler by pumping, the rest to the chamber (23) by an expansion device (21).

L'échangeur (22) peut comporter une surface d'échange, empêchant le contact entre l'eau qui s'rez chauffe et le gaz humide qui se refroidit. Dans d'autres cas, cet échangeur est à contact direct, par pulvérisation d'eau dans le gaz humide ce qui réduit les problèmes de pollution, de corrosion et d'encrassage. The exchanger (22) may have an exchange surface, preventing contact between the water which heats up and the wet gas which cools. In other cases, this exchanger is in direct contact, by spraying water into the wet gas, which reduces the problems of pollution, corrosion and fouling.

Le procédé et l'installation décrits dans le présent brevet présentent un interêt énergétique important, car ils permettent de réduire la consommation de chaleur des séchoirs. En malterie, par exemple, la ré cupération de chaleur sur le gaz humide sortant à 340C d'une touraille à deux plateaux par une installation comprenant un évaporateur, trois éjecteurs, et quatre condenseurs économise 30 5' de l'énergie calorifique nécessaire pour chauffer l'air entrant. The process and the installation described in this patent present a significant energy interest, because they make it possible to reduce the heat consumption of the dryers. In a malting plant, for example, the recovery of heat from the wet gas leaving at 340C from a two-tray kiln by an installation comprising an evaporator, three ejectors, and four condensers saves 30 5 'of the heat energy required to heat incoming air.

Par rapport à une pompe à chaleur à compression mécanique, l'invention a comme avantage d'utiliser un appareil statique, sans pièce mobile , donc sans usure mécanique, et de nécessiter comme énergie de compression de la chaleur sous forme de vapeur haute pression qui est intégralement transmise à l'air ou au gaz entrant. Une pompe à chaleur à compression mécanique ne transmet que lténergie mécanique nécessaire au fonctionnement du compresseur, alors que la chaleur utili sée pour produire cette énergie mécanique est environ deux fois et demi plus élevée. La vapeur d'eau est, d'autre part, un fluide thermique à bas prix, dont le coefficient d'échange tant en ébullition, qu'en condensation et convection, est très élevé, par rapport à d'autres fluides tels que les fluides organiques. Compared to a mechanical compression heat pump, the invention has the advantage of using a static device, without moving part, therefore without mechanical wear, and of requiring as compression energy heat in the form of high pressure vapor which is fully transmitted to the incoming air or gas. A mechanical compression heat pump transmits only the mechanical energy needed to operate the compressor, while the heat used to produce this mechanical energy is about two and a half times higher. Water vapor is, on the other hand, a low-cost thermal fluid, whose exchange coefficient both in boiling, in condensation and convection, is very high, compared to other fluids such as organic fluids.

L'utilisation de plusieurs étages d'évaporation et de condensation à températuresdifférentes,et de différents compresseurs statiques, permet d'optimiser l'installation d'économie d'énergie, et de faire fonctionner les échangeurs de chaleur avec les écarts de températuresles mieux adaptés aux fluides. Par exemple si l'évaporation de la vapeur d'eau a lieu à 30 C.Il est plus intéressant de préchauffer l'air jusqu'à 250 C sans compression de la vapeur d'eau, puis de comprimer la vapeur d'eau jusqu'à une pression correspondant à une tem pérature de condensation de 50 C, pour rechauffer l'air à 450 C, enfin decomprimer dans un deuxième éjecteur la vapeur jusqu'à une pression correspondant à une température de condensation de 700 C pour chauffer l'air à 650C, plutôt quede comprimer directement la vapeur d'eau jusqu' à une pression correspondant à une température de 70 C pour chauffer l'air de 10 C à 650 C. The use of several stages of evaporation and condensation at different temperatures, and of different static compressors, makes it possible to optimize the energy-saving installation, and to operate the heat exchangers with the most suitable temperature differences. to fluids. For example if the evaporation of water vapor takes place at 30 C. It is more advantageous to preheat the air to 250 C without compression of the water vapor, then to compress the water vapor until '' at a pressure corresponding to a condensation temperature of 50 C, to heat the air to 450 C, finally decompress in a second ejector the steam to a pressure corresponding to a condensation temperature of 700 C to heat the air at 650C, rather than directly compressing the water vapor to a pressure corresponding to a temperature of 70 C to heat the air from 10 C to 650 C.

L'évaporation, la compression, la condensation dans differents étages permet d'augmenter-l'énergie récupérée. Elle n'est possible que dans la mesure où le compresseur est peu onéreux, ce qui est le cas des compresseurs statiques du type éjecteur. Evaporation, compression, condensation in different stages makes it possible to increase the energy recovered. It is only possible insofar as the compressor is inexpensive, which is the case with static compressors of the ejector type.

Claims

1. Energy saving process on

drying of the type in which part is recovered

of the heat from the gases exiting the dryer

water poration, characterized in that it is compressed

water vapor evaporated by steam action

high pressure water in a cem-

static pressure, and condenses water vapor

compressed to heat the air entering the

dryer.

2. Energy saving method according to the claim

tion 1, characterized in that an evapo is carried out

multi-level ration corresponding to

different eva temperatures and pressures

poration.

3. Energy saving method according to any one

that of claims 1 and 2 characterized in that

that we perform compression in several é

stages with different pressures.

4. Energy saving method according to any one

as claims 1 to 3, characterized in that

condensation is carried out on several levels

corresponding to temperatures and pressures

different condensation.

5. Energy saving method according to any one

as claims 1 to 4, characterized in that

evaporation takes place by prior water expansion

heated by the gases coming out of the dryer and

introduced into an enclosure whose pressure is

lower than the liquid equilibrium pressure /

steam corresponding to the temperature of the incoming water.

6. Installation (fig. 1) for the implementation of the

method according to any of the claims

1 to 5, characterized in that it comprises at least

an evaporator (5) recovering the heat from the gases

(4) leaving the dryer, at least one

static compression (9) using steam

high pressure water to ensure compression of

water vapor from evaporators, and at

minus a condenser (11) yielding to the incoming air

in the dryer (3), the heat from the con

densification of the water vapor leaving the evaporators

and static compression devices.

7. Installation according to claim 6 characterized

in that the static compression device is

an ejector (9) comprising an expansion nozzle of

high pressure steam, a metering chamber

lange of sucked steam and high pres steam

relaxed pressure, and a compression venturi of the medium

diaper.

8. Installation (fig. 2) according to any one of

claims 6 and 7, characterized in that lté-

vaporizer is an expansion chamber (23)

ted by a water circuit (25) heated in a

exchanger (22) placed on the gases (4) leaving the sewer

fall.