|
КОНДЕНСАЦИОННЫЕ СУШИЛЬНЫЕ КАМЕРЫ
При промышленном применение древесины почти всегда необходимо снижение её влажности до определенной величины, зависящей от назначения древесины.
Удаление влаги из древесины связано со значительными трудностями. Эти трудности объясняются относительно большой толщиной пиломатериалов и изменением размеров древесины при снижении её влажности. Изменение размеров высушиваемой древесины при неправильном проведении процесса сушки может привести к растрескиванию, короблению и другим дефектам сушки.
Задачей сушки пиломатериалов является равномерное снижение влажности всей партии высушиваемой древесины и каждой доски в отдельности по её сечению и длине при сохранении требуемого качества материала.
Для осуществления сушки древесины необходимы два условия:
1) обеспечение испарения влаги с поверхности материала;
2) создание условий для интенсивного продвижения влаги к поверхности древесины.
Первое условие обеспечивается главным образом достаточно низкой влажностью воздуха и значительной скоростью движения воздуха у поверхности древесины. Второе условие - достаточная величина температуры и влажности высушиваемого материала, т.е. температура и влажность агента сушки.
Сколько существует сушка древесины столько и ведется поиск наиболее простого и не затратного способа удаления влаги из древесины. Причем простота способа сушки должна обеспечиваться в первую очередь простотой обслуживания сушильной камеры, т.е. камера должна быть оснащена технически несложным, и, соответственно не дорогим технологическим оборудованием.
Так уж повелось, что сегодня в массовой сушке пиломатериалов наиболее распространенными способами удаления излишней влаги из древесины являются атмосферная (воздушная) и камерная сушка.
Атмосферная сушка по сравнению с камерной протекает в условиях мало способствующих продвижению влаги в древесине ввиду относительно низкой температуры и невозможности регулирования влажности воздуха. Поэтому она неизбежно сопровождается большой опасностью появления трещин и значительным сжатием сухой поверхности древесины. Единственным методом уменьшения опасности растрескивания является уменьшение вентиляции штабеля, но эта мера, вызывая замедление сушки, тем самым создает опасность появления грибов на влажной поверхности древесины.
Хоть атмосферная сушка и является самой менее энергозатратной, следует все-таки рекомендовать её как предварительную подсушку свежесрубленной древесины, в первую очередь на предприятиях с большим объемом переработки древесины (крупных лесопильных предприятиях).
При производстве изделий из древесины более подходит сушка древесины в виде заготовок и пиломатериалов в специальных помещениях - сушильных камерах, которая обеспечивает необходимое количество сухих пиломатериалов для дальнейшей переработки древесины.
Камерная сушка древесины основана на проведении процесса при температуре и влажности воздуха выше атмосферного, т.е. с большей интенсивностью. Кроме того, при камерной сушке имеется возможность создания в сушильной камере необходимого уровня температуры, влажности и скорости движения воздуха, что позволяет регулировать процесс в за-висимости от свойства материала и создавать наиболее благоприятные условия для его просыхания.
Наиболее распространенными камерными сушилками являются конвективные камеры. В конвективной камере передача тепла происходит через воздух, проходящий через теплообменники, по которым проходит тепло-носитель (горячая вода или перегретый пар).
Сушильный агент (воздух) циркулирует по камере, проходя через сушильные штабеля с пиломатериалами и передавая им тепловую энергию. В зависимости от технологии и стадии процесса сушки можно менять параметры сушильного агента: увлажнить с помощью увлажнительных форсунок в камере; понизить влажность путем удаления влажного воздуха через воздуховоды и замены его более сухим; изменить температуру просто понизив её в теплообменных калориферах; изменить скорость и направление агента за счет изменения частоты и направления вращения вентиляторов.
Камерная сушка пиломатериалов является самым энергоемким технологическим процессом в лесопилении и деревообработке. При сушке древесины на 1 кг испаренной влаги расходуется до 1000-1600 ккал (4500-7000 кДж) энергии, поэтому важнейшей задачей является снижение энергоемкости процесса сушки древесины.
В последние годы у нас в стране появляется интерес еще одному способу сушки древесины - к конденсационной сушке. Некоторые производители су-шильных камер начали выпуск конденсационных камер, основываясь на успешный опыт зарубежных производителей, правда, не всегда освещая все нюансы данного способа сушки, и в первую очередь, привлекая покупателей высоким качеством сушки в них и очень низкими энергозатратами на процесс сушки. Так ли это на самом деле задача данной статьи.
Принципиально конденсационные сушильные камеры не отличаются от традиционных конвективных. Они относятся к одному классу конвективные, камерные, воздушные, т.е. агентом сушки в них служит нагретый влажный воз-дух. Основное отличие конденсационной камеры заключается в том, что нагретый влажный воздух не удаляется из камеры как в большинстве конвективных сушильных камер, а направляется во влагоудаляющую установку, где осушивается, подогревается и вновь участвует в процессе сушки. При этом происходит экономия тепловой энергии, которая обычно затрачивается на удаление из камеры отработавшего влажного агента сушки.
Энергопотребление конденсационных сушилок составляет 0,25-0,45 кВтч на 1 кг испаренной воды в зависимости от влажности материала, и, увеличивается при её снижении. Это примерно в два раза меньше расхода энергии в обычных конвективных камерах периодического действия.
Влагоудаляющая установка работает по принципу теплового насоса. (рис.1).
Рис. 1. Принцип теплового насоса
Вентилятор перемещает воздух через испаритель с системой охлаждения, в котором температура воздуха резко падает до точки росы.
Влага, содержащаяся в воздухе, конденсируется и удаляется из установки. При конденсации 1кг воды высвобождается 0,65 кВт тепловой энергии, которая отдается охлажденному воздуху в подогревателе.
Тепло от компрессора и вентилятора также подогревает обезвоженный воздух. Воздух из влагоудаляющей установки вновь используется для сушки. Этот циклический процесс повторяется до тех пор, пока древесина не будет высушена до требуемой влажности.
Процесс смешения воздуха различных состояний можно для конденсаци-ионных сушильных камер можно рассмотреть на Id-диаграмме проф. Л.К.Рамзина.
Диаграмма строится в косоугольных координатах. На ось ординат наносятся энтальпия I и одновременно температура воздуха Т, а на ось абцисс - влагосодержание d. Ось абцисс вспомогательная, значения d спроектированы на неё с линии I=0, которая проходит через начало координат и располагается внизу, под тупым углом к оси ординат. На рисунках 2 и 3 представлены соответственно принципиальная схема процесса конденсационной сушки и Id-диаграмма конденсационной сушильной камеры.
Рис. 2. Принципиальная схема работы конденсационой установки
В конденсационной сушильной камере циркулирует постоянное количество воздуха, относительная влажность которого регулируется специальным конденсационным устройством. Часть отработавшего воздуха (поз. 2 на рис.2 и рис. 3) проходит через испаритель теплового насоса, и охлаждается (линия 2-3). В результате конденсации (3-4) водяных паров агент сушки обезвоживается. Образовавшийся конденсат удаляется из камеры. Осушенный воздух (состояние 4) проходит через конденсатор 5 нагревается и смешивается с остальной частью циркулирующего агента сушки в камере. Полученная смесь (положение 6) дополнительно подогревается в нагревателе 1 до заданной температуры.
Рис. 3. Id-диаграмма конденсационной сушильной камеры
Конденсационные сушильные камеры
Конструктивно конденсационная сушильная камера аналогична конвективной. Ограждающие конструкции камеры могут быть выполнены из металлических утепленных конструкций (сэндвич панелей), либо из различных строительных материалов (кирпич, строительные блоки и др.).
Конденсационные сушильные камеры могут иметь различные размеры и конфигурацию, а также различный температурный уровень сушильной среды из за применяемого хладагента (фреон, R22, R134а) в конденсационных установках. Европейские и российские производители конденсационных камер в связи с особенностями хладагентов устанавливают уровень температуры в камере 40-45 С. В США, например, применяют фреоны, позволяющие увеличить температуру в сушильной камере до 70-75 С.
На рисунке 4 показана схема конденсационной сушильной камеры.
Рис. 4. Схема конденсационной сушильной камеры
Поток воздуха, созданный вентиляторами 2 проходит через теплообменники 1, и, далее подается к штабелям высушиваемых пиломатериалов. Проходя через штабель агент сушки, насыщается влагой и частично поступает в конденсаторную установку 6. В ней он охлаждается до температуры ниже точки росы.
В некоторых камерах конденсационный контур состоит из теплообменни-ков, расположенных внутри камеры и за пределами камеры. Они соединены между собой трубопроводами, по которым циркулирует хладагент. Циркуляцию хладагента обеспечивает насос. Наружный теплообменник предназначен для охлаждения агента.
В конденсационной установке агент сушки осушается и подогревается, и, затем обратно поступает в сушильную камеру. Осушенный таким образом агент продолжает циркулировать в сушильной камере, а образовавшийся конденсат удаляется через специальный влагосборник.
По принципу проведения процесса конденсационные сушильные камеры могут быть непрерывного действия и периодического действия.
Конденсационные сушильные камеры непрерывного действия строятся довольно редко. Для получения достаточной циркуляции воздуха в них кроме конденсатора и соответствующей поверхности нагрева отопительных приборов требуется установка вентиляторов, которые обычно располагаются в специальном помещении рядом с тоннелем. Воздух отсасывается с сырого конца, а затем через конденсатор и отопительные приборы подводится к сухому концу сушила.
Конденсационные сушильные камеры периодического действия
Конденсационные камеры можно различить по четырем конструкциям:
1. Камеры с поверхностным конденсационным устройством, расположен-ным как вентиляторы и отопительные приборы, вне камеры.
2. Камеры с конденсационным устройством, расположенным в самой камере. Влажность среды в камере при этом регулируется температурой воды в конденсационном устройстве, т.е. скоростью прохождения воды по конденсационным трубам. Получение достаточной циркуляции воздуха в таких сушилах часто затруднительно, в особенности в начале процесса, когда именно важно иметь интенсивную циркуляцию воздуха.
3. Сушильные камеры с водоструйными конденсационными устройствами (патент Г.Д.Тимана), в которых водоструйные приборы располагаются рядами вдоль боковых стен, отопительные приборы устанавливаются под штабелями. На выходе из теплообменника нагретый воздух поднимается, идет в горизонтальном направлении через зазоры штабеля к продольным стенам камеры, где находятся конденсационные устройства, проходит через них и уменьшает влагосодержание до требуемой степени влажности.
Обезвоживатели удерживают частицы осажденной воды, затем воздух по-ступает к отопительным приборам, нагревается и снова поднимается. Эта кон-струкция имеет большие преимущества, т.к. циркуляция воздуха, температура и влажность его не зависят друг от друга.
4. Камеры с конденсацией на пористых тканях. Раньше эти сушилки устраивались сплошь (стены, потолок) из какой либо ткани; оборудование такого сушила производилось внутри здания. Отопительные приборы помещались вдоль одной стены, а циркуляция осуществлялась искусственным путем. Нагретый влажный воздух при соприкосновении с более холодной тканью отдает часть влаги этой ткани, которая, в свою очередь, испаряет ее с обратной стороны в окружающую среду.
Более поздняя конструкция имеет жесткие стены; внутри, на расстоянии 30 см от боковых стен, устроены стенки из натянутой ткани. Между жесткими и матерчатыми стенами прогоняется снизу вверх, при помощи вентиляторов, холодный воздух, который поглощает осаждающуюся внутри сушила на матерчатых стенах влагу; этот воздух проходит только снаружи матерчатых стен сушила и ни в коем случае не приходит в соприкосновение с сушимым материалом. Циркуляция воздуха в камере осуществляется находящимся снаружи вентилятором. Отопительные приборы располагаются, как обычно, внизу под штабелями.
Сопоставление конвективных и конденсационных сушильных камер
Эффективность применения той или иной конструкции сушильной камеры зависит от целого ряда привходящих обстоятельств, вследствие чего какого-либо определенного суждения по этому вопросу быть не может. Стоимость постройки конвективной сушильной камеры несколько ниже, чем конденсационной, так как отпадают расходы на дорогостоящее конденсационное оборудование.
Снижение влажности воздуха в конвективных камерах производится ис-ключительно путем добавления того или иного количества наружного воздуха. Благодаря этому, создается некоторая зависимость от состояния этого наружного воздуха: конденсационные сушилки совершенно не зависят от каких либо внешних факторов, а потому в них возможно более тщательное регулирование процесса сушки, необходимость которого тем большая, чем труднее лесоматериал поддается сушке.
Конденсационные сушилки в России в последние годы получают распро-странение в деревоперерабатывающей отрасли наряду с конвективными камерами, однако имеющиеся в большинстве случаев, страдают некоторыми конструктивными недостатками. Большой интерес к конденсационным сушилкам объясняется, главным образом, существующим до сих пор мнением о значительной экономической целесообразности проведения сушки пиломатериалов в них.
Кроме того, конденсационные сушильные камеры привлекают к себе вни-мание как сушилки, в которых можно наиболее качественно высушить древесину. Ведь низкие температуры среды это отсутствие температурной нагрузки на материал, следовательно, отсутствие напряжений в древесине.
Изменение цвета древесины, причиной которой зачастую является окислительная реакция, особенно при высоких температурах, усиливается при конвективной сушке. Поскольку конденсационная сушка происходит в условиях замкнутого процесса, то есть без постоянного доступа кислорода со свежим воздухом, то реакция изменения цвета подавляется.
Влага, испарившаяся из древесины, удаляется из конденсационной сушилки в виде жидкости, и ее количество легко замерить. По количеству удаленной таким образом влаги из древесины можно с довольно высокой точностью знать текущую и конечную влажность древесины, а также на основе этих данных разработать способ автоматического контроля за процессом сушки.
Однако при таком низком уровне температур среды в конденсационных камерах не происходит стерилизация древесины (т.е. она может поражаться грибками), снижения уровня гигроскопичности не наблюдается (т.е. древесина легко набирает влагу из воздуха и меняет свою влажность).
Учитывая, что конденсационный способ сушки все таки даёт сокращение энергозатрат, перспективной является разработка новых конденсационных су-шильных камер с холодильными установками на хладагенте, позволяющем применять не только мягкие, но и нормальные режимы сушки с температурами 60-70 °С.
Из-за свойств фреона, который используется в качестве хладагента, в кон-денсационных камерах применяются низкотемпературные режимы сушки с температурой 45-50°С. При повышении температуры сушильного агента более 45°С КПД конденсационных сушилок понижается. Поэтому производительность их малая, так как продолжительность процесса в 2-3 раза больше, чем в традиционных конвективных камерных сушилках.
Кроме того, необходимо также учитывать и повышенные эксплутационные расходы конденсационных сушилок (покупка фреона, поддержание в работоспособном состоянии оборудования для конденсации).
Конденсационная сушка применяется, прежде всего, для высушивания чувствительной древесины (материал больших сечений, трудносохнущие сортименты твердолиственных пород), то есть той древесины, которая требует особо щадящего высушивания. Так как такое высушивание древесины, как правило, производится при низких температурах (до 40°С), опасность трещинообразования и коробления значительно снижена. Кроме этого, уменьшаются дефекты поверхности, изменение окраски и коллапс клеток.
Для небольших предприятий можно рекомендовать конденсационную су-шильную камеру с небольшим объемом загрузки, когда необходимо обеспечить экономное сушки древесины особо твердых лиственных пород, таких как дуб, бук, граб, ясень, тогда это будет экономически оправданным решением.
При высоких ценах на электроэнергию конденсационная сушка не столь выгодна и рентабельна.
Для массовой сушки пиломатериалов, в основном хвойных пород древесины (сосна, ель, лиственница) конденсационные сушильные камеры не могут конкурировать с конвективными, тем более при сушке пиломатериалов до низкой конечной влажности древесины (8-10%). Наиболее эффективно можно конденсационные сушильные камеры использовать на крупных лесопильных предприятиях, когда требуется сушка большого количества древесины хвойных пород, в первую очередь до транспортной влажности (18-20 %).
Конденсационные сушильные камеры эффективно использовать в тандеме с традиционными конвективными сушильными камерами. В таком случае, пиломатериалы сначала высушиваются в конденсационной камере, а потом досушиваются по необходимости до эксплуатационной влажности в конвективной камере. При таком варианте будет обеспечено высокое качество пиломатериалов и затраты на сушку будут минимальны.
ДЕРЕВО РУ, 2013г.
Вы можете задать интересующий вопрос, воспользовавшись этой формой. Наши специалисты ответят вам в течении рабочего дня.
|
|
