СПОСОБ И УСТРОЙСТВО СУШКИ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ
WOOD DRYING AND HEAT TREATMENT METHOD AND DEVICE

Настоящее изобретение относится к способу термической обработки древесных материалов и может найти применение в деревообрабатывающей, мебельной и других отраслях промышленности.
Известен сушильный комплекс и способ сушки древесины. Комплекс представляет собой сушильную камеру, в которую укладывается высушиваемый материал, имеющую дно с двумя полостями, в одну из которых подают горячие продукты сгорания из борова печи, в которой сжигают отходы древесины, а в другую подают горячий воздух, нагретый в трубах, размещенных в борове печи, который используется в качестве сушильного агента. Горячий сушильный агент из полости дна поступает в нижнюю часть сушильной камеры, где он, проходя через высушиваемый материал, поднимается в верхнюю часть сушильной камеры. Оттуда часть отработанного сушильного агента подается по замкнутому циклу в боров печи на подогрев, а другая - в блок конденсаторной очистки, где он смешивается с топочными газами печи, очищая их посредством конденсации (см. патент 2153640, МПК F26B 9/06, F26B 3/04).
Основным недостатком данного комплекса является неудовлетворительное качество сушки, ввиду сложности регулирования режимных параметров (температуры и относительной влажности воздуха), вследствие подогрева сушильного агента путем прохождения через боров печи.
Также известен способ непрерывной сушки древесных стружек, древесного волокна и других сыпучих материалов, а также устройство для его осуществления. Способ непрерывной сушки древесных стружек, древесного волокна и других сыпучих материалов в среде перегретого пара, циркулирующего по замкнутому контуру, при котором производят нагрев в теплообменнике отводимых из сушильной камеры вторичного пара теплом дымовых газов, выходящих из топочной камеры, и в которую на сжигание подают топливо и воздух и подачу нагретого до рабочей температуры пара на вход в сушильную камеру, с целью повышения КПД и повышения надежности работы часть вторичного пара отводят из замкнутого контура и подают в топочную камеру (см. патент 2023964, МПК F26B 23/02, 21/02).
Недостатком данного способа является невозможность проведения высокотемпературной сушки и обработки материала поскольку циркулирующая в сушилке парогазовая смесь содержит кислород воздуха, что приводит к снижению качества готовой продукции за счет окисления.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ сушки древесины (см. патент №257519, МПК F26B 3/04, 2001), включающий стадии размещения древесного топлива, например отходов древесины, в камеру сгорания, выполненную в нижней зоне печи для получения дымового газа, сжигание его и ввод высокотемпературного дымового газа, полученного путем сжигания, в верхнюю зону сушильной камеры, в которой размещена сырая древесина для тепловой сушки дымовым газом, в котором дымовой газ, содержащийся в сушильной камере, поддерживают при высокой концентрации в диапазоне 60÷95 об.%, а давление газовой среды в сушильной камере поддерживают на уровне высокого давления в диапазоне 1,5÷5 атм.
Основным недостатком данного способа является то, что в камере давление газовой среды поддерживают на высоком уровне 1,5÷5 атм, что существенно удорожает конструкцию установки и усложняет ведение процесса.
Целью настоящего изобретения является снижение экономических затрат на процесс высокотемпературной сушки и термомодифицирования древесины и снижение себестоимости конструкции установки.
Указанная цель достигается тем, что в способе сушки и термической обработки древесины процесс включает в себя размещение древесного топлива, например отходов древесины в топку для получения дымового газа, сжигание его и ввод высокотемпературного дымового газа в камеру, в которой размещена древесина для тепловой сушки дымовым газом, в котором дымовой газ, содержащийся в камере поддерживается при высокой концентрации. Причем в камере кроме процесса сушки древесины осуществляется и процесс термомодифицирования, включающий в себя стадию постепенного нагрева древесины до температуры 160-170°С путем подачи в камеру дымовых газов высокой концентрации, поддерживаемой на уровне 95-100 об.%, и их непрерывной многократной циркуляцией в камере, а по достижении 160-170°С происходит подача дымовых газов из топки в теплообменник и дальнейший нагрев до 180-220°С осуществляется за счет теплопередачи между парогазовой смесью, циркулирующей в камере, и дымовыми газами, подаваемыми в теплообменник.
Отличительной особенностью приведенного способа является то, что в камере кроме процесса сушки древесины осуществляется и процесс термомодифицирования, включающий в себя стадию постепенного нагрева древесины до температуры 160-170°С путем подачи в камеру дымовых газов из топки и их непрерывной многократной циркуляцией в камере, а по достижении 160-170°С происходит подача дымовых газов в теплообменник и дальнейший нагрев до 180-220°С осуществляется за счет теплопередачи между парогазовой смесью, циркулирующей в камере, и дымовыми газами, подаваемыми в теплообменник.
Техническая задача решается также устройством сушки и термической обработки древесины, которое представляет собой металлическую теплоизолированную камеру, включающую в себя рельсы для загрузки/выгрузки древесины, створки, герметизирующие камеру после загрузки древесины, и топку.
Отличительной особенностью установки является то, что дымовые газы через первый газоход подаются в камеру, снабженную внутренним аэродинамическим контуром, обеспечивающим многократную циркуляцию находящейся в камере паровоздушной смеси через уложенную в штабель древесину, внутренний аэродинамический контур снабжен теплообменником и центробежным вентилятором, имеющим сдвоенный кожух-улитку для создания двух потоков парогазовой смеси: меньший поток выбрасывается в атмосферу, предотвращая повышение давления в камере за счет поступления дымовых газов из топки, больший поток направляется для последующего разбавления с дымовыми газами и дальнейшей циркуляции через уложенную в штабель древесину, причем оба выхода кожуха-улитки снабжены эжекторами; теплообменник внутреннего аэродинамического контура сообщается с топкой через второй газоход таким образом, что в начале процесса дымовые газы подаются во внутренний аэродинамический контур через первый газоход, а по достижении в камере 160-170°С дымовые газы из топки через второй газоход подаются в теплообменник для нагрева паровоздушной смеси, находящейся в камере, путем теплопередачи.
Пример осуществления способа сушки и термической обработки древесины поясняется чертежом, на котором представлено устройство сушки и термической обработки древесины в продольном и поперечном разрезах (фиг.1).
Устройство представляет собой теплоизолированную металлическую камеру 1 со створками 2, имеющую два газохода 3 и 4, снабженных шиберными заслонками 5 и 6. Также внутри камеры находятся фальш-пол 7 и фальш-потолок 8, система трубопроводов, по которым осуществляется циркуляция парогазовой смеси центробежным вентилятором 9, эжектирующие устройства 10, 11.
Способ сушки и термической обработки древесины осуществляется следующим образом. В камеру 1 загружается уложенная в штабель древесина 12 через створки 2, которые затем плотно закрываются. После этого начинается подача дымовых газов из топки 13 в камеру через первый газоход 3. Для этого шиберную заслонку 5 открывают, а шиберную заслонку 6 оставляют закрытой. В нижней части камеры 1 в зоне первого газохода 3 установлен эжектор 10, который предназначен для создания разрежения и подсоса дымовых газов из топки 13. Дымовые газы из топки 13 через первый газоход 3 подаются в область фальш-пола 7 и через его перфорацию поступают во внутреннюю часть камеры для проведения процесса высокотемпературной сушки, который осуществляется при температуре 105-130°С. Далее дымовые газы, прошедшие через уложенную в штабель древесину 12, поступают через перфорацию фальш-потолка 8 в газоход 14. Циркуляция дымовых газов в указанном внутреннем аэродинамическом контуре осуществляется при помощи центробежного вентилятора 9. Вентилятор 9 имеет специальный кожух-улитку 15, снабженную двумя выходами 16 и 17. Меньший газовый поток направляется на выход 16 для выброса в атмосферу через эжектор 11, способствующий подсосу дымовых газов из топки 13. Больший газовый поток направляется на выход 17, а затем в газоход 14 для циркуляции во внутренней области камеры 1. На выходе газохода 14 установлен эжектор 10, создающий разрежение в этой области и способствующий подсосу дымовых газов из топки 13 по первому газоходу 3 во внутреннюю область камеры 1. После сушки древесины до абсолютно сухого состояния ее подвергают процессу термомодифицирования, для этого температуру в камере 1 повышают до 160-170°С. При этом концентрацию дымовых газов в камере 1 доводят до высокого уровня 95-100 об.%. В топке 13 ведут постоянный контроль за подачей кислорода, с целью недопущения его попадания в рабочую область камеры 1 во избежание обугливания и возгорания древесны 12. По достижении температуры 160-170°С доступ дымовых газов в камеру 1 прекращается путем перекрытия шиберной заслонки 5. При этом шиберную заслонку 6 открывают. Дальнейший нагрев парогазовой смеси, циркулирующей в рабочей полости камеры 1, осуществляется путем теплопередачи через стенку газохода 14 до достижения в камере 1 температуры 180-220°С. После достижения необходимого температурного режима древесина выдерживается в течение 3-5 часов в зависимости от необходимой степени термомодифицирования. После окончания процесса термомодифицирования древесина охлаждается до 100°С путем диспергирования воды в камеру 1 через форсунки водопровода 18. Далее охлажденную древесину выгружают из камеры 1 через открытые створки 2.
Значение переходной температуры, равное 160-170°С, объясняется тем, что более высокая температура в камере при неконтролируемом содержании кислорода в топке может привести к окислению и обугливанию древесины, а при более низкой температуре увеличивается продолжительность стадии повышения температуры до требуемого значения вследствие снижения интенсивности теплоподвода за счет теплопередачи через стенки газохода по сравнению с прямым нагревом дымовыми газами.
Нижний предел температуры дымовых газов, принимается равным 180°С, поскольку более низкие температуры не позволяют добиться необходимой степени термомодифицирования. Верхний предел температуры топочных газов в камере принимается равным 220°С, поскольку более высокие температуры могут привести к неконтролируемому разложению древесины (пиролизу).