Расход тепловой энергии при сушке пиломатериалов в конвективных сушильных камерах периодического действия

УДК 674.047.3

Д. П. Бабич, младший научный сотрудник (БГТУ);

В. Б. Снопков, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой

РАСХОД ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ СУШКЕ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ В КОНВЕКТИВНЫХ СУШИЛЬНЫХ КАМЕРАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Выполнен расчет расхода тепловой энергии при сушке пиломатериалов в конвективных сушильных камерах периодического действия. Установлено, что с увеличением жесткости режима уменьшается суммарный расход теплоты на сушку. Рекомендовано для уменьшения расхода тепловой энергии применять более жесткие режимы.

The calculation of quality of drying of saw-timbers are conducted. The core on-board spent works was reduction of internal pressure in wood. It is established what to achieve reduction of internal pressure probably by change of a mode of air-conditioning of saw-timbers after drying.

Введение. Сушка пиломатериалов - важный этап в процессе обработки массивной древесины. При сушке происходит удаление из древесины свободной и связанной влаги, что приводит к значительному улучшению эксплуатационных свойств древесины. Процесс удаления влаги из древесины требует значительных затрат тепловой и электрической энергии.

В работе [1] приведены следующие данные: на тепловую энергию приходится 84,23% суммарного расхода энергии на сушку, а на электрическую энергию - 15,77%. Это свидетельствует о приоритетности решения задачи снижения расхода тепловой энергии по сравнению с расходом электрической.

Расход тепловой энергии состоит из трех слагаемых: затрат энергии на прогрев пиломатериалов, расход энергии на испарение влаги из древесины, потери энергии через ограждения сушильной камеры.

Основным фактором, влияющим на расход тепловой энергии, является режим, по которому производится сушка пиломатериалов. Режимы сушки пиломатериалов в сушильных камерах периодического действия регламентируются ГОСТ 19773-84 [2]. Кроме стандартных, на большинстве предприятий нашей страны используют нестандартные режимы сушки, которые рекомендованы зарубежными производителями сушильных камер.

Целью данной работы являлось определение расхода тепловой энергии на сушку пиломатериалов при использовании различных режимов, а также определение влияния параметров режима на расход энергии.

Методика проведения исследований. Исследования проводились применительно к сушильным камерам фирмы СаШЫ марки У81Е90АСС. Определялся расход тепловой энергии при сушке пиломатериалов из древесины сосны, березы и дуба толщиной 25, 32, 50 мм. Расчеты проводились для следующих режимов сушки: стандартных нормальной и

мягкой категории, режимов, рекомендованных производителем сушильных камер. Определение расхода энергии проводили для среднегодовых условий.

Расход тепловой энергии определяли в такой последовательности. Сначала производили расчет продолжительности процесса сушки пиломатериалов графоаналитическим методом [3, с. 116-121]. После этого определяли фактическую вместимость камеры для каждого вида пиломатериалов и объем циркулирующего агента сушки. Определяли массу влаги удаляемой из древесины на 7-й ступени сушки Д., кг/м3, по формуле

Рб •

= I-Б V н-^ ,

1 100 где рБ - базисная плотность древесины расчетного материала, кг/м3, Жн , Жк - начальная и конечная влажности для 7-й ступени сушки, %.

Затем расчитывали удельный расход тепловой энергии на прогрев пиломатериалов дпр, кДж/м3, по методике, приведенной в литературе [4, с. 25-26]. Суммарный расход теплоты на прогрев пиломатериалов Qпр, МДж, определяли по формуле

0 = Япр • Ек

"Р 1000 '

где Ек - вместимость камеры для расчетного пиломатериала, м3.

Удельный расход тепловой энергии на испарение влаги из древесины дисп, кДж/кг, определяли по методике, изложенной в литературе [4, с. 26-27] для каждой ступени исследуемого режима сушки. Суммарный расход энергии на испарение влаги из древесины для -й ступени режима (0исп, МДж) и за весь период сушки (0исп, МДж) определяли по формулам:

0исп,

• D

; О-ШП ОИСП, 5

1000

где n - количество ступеней режима сушки, шт.

Потери тепла через ограждения для 7-й ступени режима Qoгp, МДж, определяли по методике, приведенной в источнике [4, с. 27-30]. Суммарные потери через ограждения сушильной камеры за цикл сушки QoГp, МДж, определяли по формуле

Qoгp Qoгp7 *

7=1

Затраты тепловой энергии на сушку Qсум, МДж, определяли по формуле

Q = Q + Q + Q .

¿-'сум ¿-'Ир ¿-'Пси ¿-'огр V /

Результаты исследований. Результаты расчета затрат тепловой энергии приведены в таблице. Проанализируем их. Суммарный расход тепловой энергии меняется в широком диапазоне (от 43189,8 МДж до 113158,1 МДж) в зависимости от толщины, породы пиломатериалов и применяемых режимов сушки. Рассмотрим подробнее влияние каждого из этих факторов.

На рис. 1 приведена диаграмма, на которой изображены затраты тепловой энергии при сушке пиломатериалов различных пород и

Расход тепловой энергии при сушке пиломатериалов в конвективных сушильных камерах периодического действия для различных режимов

Порода древесины Толщина пиломатериалов, мм Режим сушки Продолжительность сушки, ч Расход тепловой энергии, МДж

на прогрев на испарение влаги потери через ограждения суммарный

Сосна 25 2-М 143,2 6673,5 36056,4 4209,4 46939,4

2-Н 67,0 9858,3 30544,3 2787,1 43189,8

112 102,4 6445,1 33773,8 3465,7 43684,6

32 3-М 172,5 7493,1 39785,4 5101,0 52379,5

3-Н 104,8 11069,0 34044,0 4403,4 49516,5

112 132,9 7236,6 37858,1 4512,7 49607,4

50 5-М 195,7 8434,0 48075,1 5562,6 62071,8

5-Н 128,6 11685,6 41551,5 4977,9 58215,0

112 165,3 8275,1 45023,6 5595,7 58894,5

Береза 25 Б2-М 147,4 8477,5 45392,5 4744,4 58614,4

Б2-Н 106,1 10367,8 40419,4 4088,6 54875,8

22 148,8 6923,7 46978,6 4336,3 58238,7

32 Б-2М 165,4 9518,6 50894,8 5309,9 65723,4

Б-2Н 137,0 11641,0 45375,0 5378,1 62394,1

22 179,5 7773,9 52852,6 5212,9 65839,6

50 Б-5М 174,4 10864,2 60617,8 5390,4 76872,5

Б-5Н 151,0 11984,2 56605,4 5155,4 73745,1

22 188,6 8841,4 63985,8 5180,1 78007,4

Дуб 25 Д2 190,8 7058,1 50385,8 5331,3 62775,3

30 205,5 5234,5 63707,2 4626,9 73568,7

32 Д2 237,7 7924,9 56659,7 6510,5 71095,2

30 300,5 5877,3 72286,5 6706,5 84870,5

50 Д4 902,1 8305,5 69521,9 21123,6 98951,1

30 742,3 6614,0 90568,1 15976,1 113158,1

толщин с использованием стандартных нормальных режимов.

Толщина пиломатериалов, мм

Рис. 1. Затраты тепловой энергии на сушку пиломатериалов из древесины различных пород нормальными режимами: 1 - сосна; 2 - береза; 3 - дуб

Из приведенной диаграммы видно, что с увеличением толщины пиломатериалов возрастает и расход тепловой энергии на их сушку. Эта закономерность справедлива для всех исследованных пород древесины и режимов сушки.

Из приведенной диаграммы также видно, что наибольшее количество тепловой энергии затрачивается при сушке пиломатериалов из древесины дуба, меньше теплоты требуется для сушки березовых пиломатериалов, наименьшее количество тепловой энергии расходуется на сушку сосновых пиломатериалов. Такой же характер имеет зависимость расхода тепловой энергии от породы древесины при использовании других исследованных режимов. Исходя из вышесказанного делаем вывод о том, что расход тепловой энергии при сушке увеличивается с увеличением плотности высушиваемой древесины.

На рис. 2, 3 приведены диаграммы, на которых показаны затраты тепловой энергии на сушку пиломатериалов из древесины сосны и березы различными режимами.

Дб5 000

Я 60 000

в &

Я 55 000

m «

§ 50 000

Н 45 000

«

g

й 40 000 См

25 32 50

Толщина пиломатериалов, мм

Рис. 2. Затраты тепловой энергии на сушку пиломатериалов из древесины сосны: 1 - режим СаШШ; 2 - стандартный нормальный режим; 3 - стандартный мягкий режим

Из диаграммы рис. 2 следует, что для пиломатериалов из древесины сосны наибольшее количество тепловой энергии затрачивается при использовании стандартных мягких режимов, наименьшее количество тепла - при использовании стандартных нормальных режимов. Затраты тепловой энергии при использовании режимов СаЬЫЫ незначительно превосходят энергозатарты для нормальных режимов.

Диаграмма, приведенная на рис. 3, показывает, что для пиломатериалов из древесины березы наименьшее количество тепловой энергии затрачивается при использовании нормальных режимов. Для мягких режимов и режимов СаШШ требуется примерно одинаковое количество тепла при сушке пиломатериалов толщиной 25 и 32 мм. При сушке пиломатериалов толщиной 50 мм более энергоемок режим СаЫЫ.

При сушке пиломатериалов из древесины дуба расход тепловой энергии больше при использовании режимов СаЬЫЫ, чем при использовании нормативных режимов (см. таблицу).

К 80 000 ^ 75 000 k 70 000

В

m

65 000 60 000 55 000 50 000

«

Е-

«

О

iS ö PL

25 32 50

Толщина пиломатериалов, мм

Рис. 3. Затраты тепловой энергии на сушку пиломатериалов из древесины березы: 1 - режим СаШШ; 2 - стандартный нормальный режим; 3 - стандартный мягкий режим

Важнейшим критерием, характеризующим режим сушки, является его жесткость. С точки зрения кинетики процесса сушки продолжительность режима определяется, прежде всего, его жесткостью. Чем жестче режим, тем меньше времени затрачивается на удаление влаги из древесины. На рис. 4 приведены диаграммы, показывающие продолжительность сушки пиломатериалов из древесины сосны и березы.

200,0

£ о

Я 100,0

л

^

и

£

о «

о £

50,0

0,0

25 32 50

Толщина пиломатериалов, мм

а

^ 200,0

ET 150,0

§ 100,0

л

и

Й 50,0

ч

о «

о £

0,0

25 32 50

Толщина пиломатериалов, мм б

Рис. 4. Продолжительность процесса сушки пиломатериалов: а - сосна; б - береза; 1 - режим СаШШ; 2 - стандартный нормальный режим; 3 - стандартный мягкий режим

о 150,0

Очевидно, что характер изменения продолжительности сушки в зависимости от применяемого режима на приведенных диаграммах соответствует характеру изменения затрат тепловой энергии на диаграммах рис. 2 и 3. Поэтому делаем вывод о том, что на расход тепла определяющее влияние оказывает продолжительность процесса сушки, или жесткость используемого режима: с увеличением продолжительности увеличивается расход тепловой энергии. Другими словами, чем жестче режим сушки, тем меньше тепловой энергии необходимо на ее проведение.

Как отмечалось выше, расход тепловой энергии при сушке пиломатериалов состоит из трех слагаемых. Воспользовавшись данными таблицы, определим вклад каждого слагаемого в суммарный расход тепла на сушку. На рис. 5 и 6 приведены диаграммы, на которых в процентном соотношении показан вклад каждого слагаемого в общий расход тепла на сушку при использовании различных режимов.

100ш и и У Ц У

^60 ¡¡¡к! ^ ¡И Н Й

^И1П1ТГ1

Рис. 5. Распределение затрат тепловой энергии на сушку пиломатериалов по слагаемым для режимов СаЙиЫ:

1 - затраты энергии на прогрев пиломатериалов;

2 - расход энергии на испарение влаги из древесины; 3 - потери энергии через ограждения сушильной камеры

Как видно из приведенных диаграмм, доля расхода тепла на прогрев пиломатериалов составляет от 7 до 22% суммарного расхода тепла, на испарение - от 68 до 86%, потери через ограждения - от 6 до 21%. Увеличение расхода тепла при прогреве характерно для быстросохнущих материалов и при использовании жестких режимов.

Среднее значение потерь через ограждение составляет 7-9% от суммарного расхода тепла, большие значения (14-21%) справедливы при очень продолжительной сушке пиломатериалов.

100

80

40 20

0

Сосна Береза Дуб

Порода, толщина пиломатериалов, мм

Рис. 6. Распределение затрат тепловой энергии на сушку пиломатериалов по слагаемым для стандартных нормальных режимов: 1 - затраты энергии на прогрев пиломатериалов; 2 - расход энергии на испарение влаги

из древесины; 3 - потери энергии через ограждения сушильной камеры

Заключение. Выполнен расчет расхода тепловой энергии при сушке пиломатериалов в конвективных сушильных камерах периодического действия. Установлено, что энергозатраты зависят от жесткости применяемых режимов сушки. Наименьшее количество тепловой энергии расходуется при использовании стандартных нормальных режимов.

Литература

1. Гороховский, А. Г. Технология камерной сушки пиломатериалов с уменьшенными энергозатратами / А. Г. Гороховский, Е. Е. Шишкина // Деревообрабатывающая промышленность. -2005. - № 4. - С. 9-10.

2. Пиломатериалы хвойных и лиственных пород. Режимы сушки в камерах периодического действия: ГОСТ 19773-84. - Взамен ГОСТ 19773-74; введ. 29.06.84. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 12 с.

3. Снопков, В. Б. Гидротермическая обработка и защита древесины. Примеры и задачи: учеб. пособие для студентов специальности «Технология деревообрабатывающих производств». - Минск: БГТУ, 2005. - 240 с.

4. Снопков, В. Б. Гидротермическая обработка и защита древесины. Курсовое и дипломное проектирование. - Минск: БГТУ, 2007. -110 с.

Поступила 14.03.2012

п

я

н

ШтШ 11

тгтт

Шт.

шт

II

'III

25 32 50 25 32 50 25 32 50

Сосна Береза Дуб

Порода, толщина пиломатериалов, мм

25 32 50 25 32 50 25 32 50