УДК 674.04.001.5

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РАЗНОТИПНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ.

Ю.А.Благодаров, А.Н.Ермилов,  М.Е.Казаков ЗАО "Славянское производство",

Д.Н.Новичков, В.Л.Ноткин ООО "Увиком"

Экономическую эффективность разнотипных установок для сушки древесины можно определить при комплексном учёте их основных показателей: КПД, качества конечного продукта, капитальных затрат на строительство установки и др.

КПД сушильной установки рассчитывается как отношение тепловой энергии, физически необходимой для испарения влаги (содержащейся в древесине) до достижения конечного уровня влажности (8 - 15%), к общей затраченной энергии – сумме генерируемой в установке тепловой энергии и энергии, затрачиваемой на работу вспомогательных систем, эвакуирующих испарённую воду (вентиляторов, вакуумных насосов).

Сушка древесины – сложный физикохимический процесс, причемкачество продукта зависит не только от конечного содержания влаги, но и от течения процесса. Крайне важно в процессе термообработки избежать образования микротрещин, т.е. эвакуация внутриклеточной влаги должна происходить без разрушения клетки.

При расчёте капитальных затрат следует учесть стоимость сушильной камеры, нагревателей, систем питания и автоматики.

Теперь кратко охарактеризуем используемые в настоящее время способы искусственной сушки древесины.

Конвекционная сушка при атмосферном давлении. Доски укладывают в штабель с прокладками, чем обеспечивается циркуляция теплоносителя между рядами досок; в качестве теплоносителя используют поток нагретого воздуха или перегретого пара. Нагревателем служит калорифер того или иного типа. Соответствующая установка становится особенно привлекательной при использовании низкопотенциального тепла, образующегося при работе котельных и ТЭЦ. Как показывает опыт эксплуатации таких установок, не более 9 - 30% энергии потока нагретого воздуха или пара (в зависимости от типа камеры или ее отсутствия) тратится непосредственно на процесс испарения влаги из древесины. Температура теплоносителя должна превышать 100°С.

Достоинство этого способа: возможность использования "дарового" тепла.

Конвективный механизм сушки используют также в установках фирмы "Аэротерм", где нагрев воздуха осуществляют путём сильной турбализации потока воздуха на лопатках специального ротора. Вся электроэнергия потребляется двигателем ротора.

Общие недостатки данного способа сушки: высокая продолжительность цикла (15 - 45 дней); низкий коэффициент заполнения рабочего объема камеры (60 - 85%) из-за необходимости установки прокладок между рядами досок; неравномерность высушивания штабеля в направлении потока теплоносителя; сравнительно низкое качество конечного продукта – изза наличия микротрещин, обусловленных применением теплоносителя с высокой температурой.

Вакуумная сушка. Этот прогрессивный технологический процесс получил широкое распространение в странах с высокоразвитой деревообрабатывающей промышленностью. При рабочем давлении в камере 10 - 13 кПа температура кипения воды не превышает 4550°С при этом реализуется лёгкий режим сушки, не повреждающий органику древесины. Это обеспечивает практически полное отсутствие микротрещин, т.е. высокое качество конечного продукта, недостижимое в процессе сушки при атмосферном давлении.

В настоящее время не менее семи фирм Западной Европы и Америки выпускают вакуумные камеры для сушки пиломатериалов. При этом используют различные способы подвода тепла к древесине: СВЧнагрев; нагрев с помощью газообразного теплоносителя; нагрев с помощью контактных нагревателей.

Рассмотрим эти способы более подробно.

СВЧнагрев осуществляется СВЧполем, создаваемым в объёме штабеля соответствующими генераторами. Этот способ требует сложной аппаратуры, квалифицированного обслуживающего персонала, обеспечивает высокое качество конечного продукта. Однако КПД такой установки невелик: в СВЧгенераторе эффективность преобразования электроэнергии в энергию СВЧполя составляет только 20 - 30%, а показатель эффективности преобразования СВЧэнергии в тепловую внутри штабеля (как и показатель полезного использования последней) также ощутимо меньше 100%.

Нагрев с помощью газообразного теплоносителя осуществляют прокачкой горячего воздуха, паровоздушной смеси или перегретого водяного пара.

На выставке в Ганновере ("Ligna - 97") вакуумные сушильные камеры, реализующие рассматриваемый способ подачи тепла, были представлены фирмами "Brunner" и "Kronseder" (Германия), "Mahlbock" и "Vanicek" (Австрия), "ВМЕ Novaky" (Словакия). В каждой конструкции имеется 56 достаточно сложных систем (обеспечивающих оптимальный процесс сушки), управляемых компьютерной программой. В частности, система управления потоком теплоносителя регулирует число оборотов реверсивных вентиляторов и положение направляющих лопаток. Система управления параметрами потока регулирует температуру и относительную влажность теплоносителя. Система сбора и отвода конденсата, энергетическая система, вакуумная система, система влаготеплообработки пиломатериала, информационная система — все они снабжены своими датчиками и исполнительными механизмами и управляются общей программой.

Очевидное достоинство таких установок полная автоматизация процесса, т.е. отсутствие ручного труда. К их недостаткам следует отнести: рабочего объёма вакуумной камеры пиломатериалом изза принципиальной необходимости сформировать штабель с каналами для протока теплоносителя; обусловленную сложностью конструкции высокую удельную стоимость сушильных установок этого типа «10000 долл. США за 1 м3 полезной загрузки камеры. Удельные энергозатраты составляют 400 - 700кВтч/м3.

Нагрев с помощью контактных нагревателей существенно превосходит конвективный по КПД сушильной установки, так как в процесс сушки эффективно включен механизм теплопроводности.

В вакуумных сушильных камерах фирм "Maspell" (Италия) и "Opel" (Германия) используют панели, нагреваемые горячей водой. Американская фирма "Woodmizer" использует гибкие электронагреватели (шириной 0,8, длиной до 40 м) с резистивом из алюминиевой фольги и лавсановым электроизоляционным покрытием. Опыт их эксплуатации показал: у этих электронагревателей величина плотности электрической мощности недостаточна для ведения процесса в оптимальном режиме (поэтому между двумя рядами досок приходится располагать два таких нагревателя); высокие токи питания электронагревателей (а отсюда большой диаметр подводящих кабелей до 10 мм) делают коммутацию трудоёмкой; механическая прочность в месте сочленения контактной группы с алюминиевой фольгой недостаточна.

Нагревательные элементы укладывают послойно между радами досок в штабеле при этом доски кладут плотно, без зазоров, как по ширине, так и по высоте штабеля. Управление процессом нагрева осуществляют путем регулирования температуры воды, подаваемой в панели, или напряжения на электронагревателях.

Достоинства этого способа: низкие значения удельных энергозатрат на сушку не более 270 кВтч/м3 (дуб – сушка до влажности 8%); в случае использования гибких электронагревателей исключительно высокий (равный практически 100%) коэффициент заполнения рабочего объема камеры пиломатериалом.

Недостаток: необходимость применения ручного труда для укладки нагревателей и формирования штабеля.

Камеры этого типа на 25 - 30% дешевле конвективных.

В России в стадии внедрения находятся вакуумные камеры для сушки древесины с нагревом штабеля токами высокой частоты (ЦНИИМОД г. Архангельск). Однако проблемы, связанные со сложностью управления процессом, высокие удельные энергозатраты на сушку ставят под сомнение возможность их успешного внедрения в деревообрабатывающие производства. В Европе и Америке выпуск камер такого типа прекратился в начале 80х годов.

С 1990 г. в ЦАГИ (г. Жуковский Московской обл.) ведутся работы по созданию вакуумных камер с контактным способом нагрева. В настоящее время в режиме промышленной эксплуатации находятся четыре камеры общим объёмом разовой загрузки 100 м3. Первоначально для нагрева древесины применяли гибкие электронагреватели фирмы "Woodmizer", а в течение последних четырех лет электронагреватели "CarbonCWD24" (патент № 2119729, приоритет изобретения от 25.06.96.), разработанные ЗАО "Славянское производство" (г. Москва).

Размеры отечественного нагревателя 24000x500x0,7 мм, сопротивление 1560 Ом (в зависимости от требований заказчика), рабочая температура 120°С, допустимая максимальная температура 150°С, в типичных случаях рабочий ток – 10А при напряжении 150В, резистив выполнен из специальной углеродной ткани или из комбинированной ткани, содержащей в себе углеродные и лавсановые нити. Изолятором служит лавсановая пленка, соединённая с резистивом по специальной технологии. Отечественный электронагреватель обладает всеми достоинствами упомянутого зарубежного аналога и практически лишён его недостатков, характерные для него плотности электрической мощности позволяют вести процесс сушки оптимально, реализуется простая коммутация электронагревателей (что обеспечено низкими токами питания последних), высокая механическая прочность рсзистива и лавсанового покрытия обеспечивает возможность долговременной эксплуатации изделия. Опыт эксплуатации в течение четырех лет показал – на отдельных частях нагревателя наблюдается ухудшение качества лавсановой пленки, вызванное ее старением в условиях интенсивных термохимических нагрузок. Однако ремонт электронагревателя производится непосредственно на производственной площадке по предложенной фирмойизготовителем технологии.

Главные преимущества контактных электронагревателей: минимальное удельное энергопотребление на сушку; возможность использования в труднодоступных районах без существенных капитальных затрат (исключается строительство котельных).

Ниже приведены величины энергозатрат, необходимые для высушивания 1 м3 древесины дуба до влажности 8% при различных способах сушки.

Способы сушки древесины
• Конвективная сушка в камере при атмосферном давлении с продувом воздуха через калорифер.
• Конвективная сушка в камере при атмосферном давлении с нагревом воздуха посредством специального ротора.
• Конвективная сушка в камере при пониженном давлении с продувом воздуха через калорифер.
• СВЧсушка при пониженном давлении.
• Сушка при пониженном давлении с использованием контактных электронагревателей.

Нами сделана попытка сравнить различные способы сушки с учётом основных показателей качества соответствующих сушильных установок. Потребительскую полезность уровня каждого показателя, являющегося существенным с нашей точки зрения, мы охарактеризовали определённым числом баллов с использованием пятибалльной системы (см. таблицу).

Числа баллов, характеризующие уровень КПД сушильной установки, коэффициент загрузки, качество продукта, пропорциональны названным уровням; числа баллов, характеризующие уровень продолжительности цикла, трудоёмкости укладки штабеля и эксплуатации оборудования, капитальных затрат на сооружение сушильной установки, обратно пропорциональны указанным уровням.

Анализ данных таблицы показывает – для потребителя предпочтительна установка вакуумной сушки, снабжённая гибкими рулонными электронагревателями. Результаты эксплуатации двух типов таких нагревателей, производимых соответственно фирмой "Woodmizer" и ЗАО "Славянское производство", свидетельствуют – отечественные электронагреватели "CarbonCWD24" обладают лучшими характеристиками. Их основные достоинства: высокая плотность электрической мощности; низкие токи питания и, следовательно, простота коммутации; высокая механическая прочность; высокая ремонтопригодность.

При сопоставлении гибких электронагревателей производства фирмы "Woodmizer" и ЗАО "Славянское производство" по экономической целесообразности их использования в соответствующих сушильных установках надо учитывать следующее. Хотя 1 м2 отечественного нагревателя на 60 - 70% дороже 1 м2 американского, суммарная стоимость нагревателей, необходимых для работы установки, в случае применения отечественного изделия "CarbonCWD - 24" оказывается несколько ниже. Это обеспечено возможностью получения оптимальной плотности электрической мощности на одном отечественном изделии и, следовательно, возможностью укладки одного отечественного нагревателя между двумя рядами досок вместо двух американских.

В заключение приведем необходимую коммерческую информацию.

Вакуумная камера европейского производства с конвекционной подачей тепла оценивается в 10000 долл. США за 1 м3 полезной загрузки камеры.

Способ сушки	КПД	Коэффи циент загрузки	Продол жительность цикла	Качес тво продукта	Трудоем кость	Капиталь ные затраты	Интеграль ный показатель
Конвективный, атм.,калорифер	2	3	2	3	4	5	19
Конвективный, атм.,ротор	3	3	3	3	4	3	19
Конвективный, разрежение, калорифер	4	3	3	5	4	2	21
СВЧ, разрежение	3	5	3	4	4	2	21
Контактный, разрежение,паровая панель	3	3	3	5	2	2	18
Контактный, разрежение, электропанель	5	5	5	5	2	3	25
Контактный, разрежение, нагреватель "Woodmizer"	5	5	5	5	3	3	26
Контактный, разрежение,нагреватель "CarbonCWD24"	5	5	5	5	4	3	27

[ скачать .ZIP 14К]

[ Ж-л Деревообрабатывающая промышленность, 1999г. №3]

Вверх | Главная | Диссертация | Библиотека | Ссылки | Написать Мне |