Современные бескалориферные сушильные установки

Высокая конкуренция на товарном рынке изделий из древесины,  предъявляет к производителям дополнительные требования к качеству материалов и ставит перед ним вопрос о снижении себестоимости.

В настоящее время производственники просто вынуждены сушить материал при температуре 50-60⁰С в силу конструктивных особенностей камер с водяными калориферами - применение теплоносителя с температурой 90-70⁰С.  Применение пара для сушки в настоящее время весьма ограничено в следствии дороговизны содержания парового хозяйства.

Использование электрических лесосушильных камер в современных условиях оказалось нерентабельным. Электрическая энергия, как покупная, так и вырабатываемая самими предприятиями, становится весьма дорогой. Вклад электроэнергии в себестоимость сушки при использовании покупной электроэнергии достигает 400-500 руб./ м 3 усл., полная себестоимость превышает 700 руб./ м³ усл.
Современные газовые и тепловоздушные комплексы используют теплоносители с температурой значительно превышающей 100⁰С, что делает их более универсальными с позиций выбора режимов сушки. Вклад тепловой энергии в себестоимость сушки при использовании покупных отходов или газа не превышает 100-150 руб./ м³ усл., полная себестоимость составляет 300-400 руб./ м³ усл.
Стабильные тепловлажностные параметры теплоносителя обеспечивают, соответственно, и стабильность  агента сушки, что в сочетании с его равномерным распределением по объему штабеля гарантирует высокое качество высушенных материалов.

Наиболее перспективными для сушки древесины являются  бескалориферные  сушильные камеры с обогревом топочными газами и потоками горячего воздуха.

В отличие от классического теплоснабжения сушильных камер их использование позволяет уменьшить капитальные и эксплуатационные расходы с сохранением заданных показателей качества, сокращением энергетических затрат и сроков проведения процесса.

Рассмотрим принципиальные схемы газовой и тепловоздушной сушильных установок.
Тепловоздушная сушилка состоит из сушильного помещения, топки и воздушного теплообменника специальной конструкции, предназначенного для нагревания воздуха топочными газами через разделительные стенки. Горячий воздух по системе воздухопроводов поступает в рабочее пространство камеры, смешивается с рециркулирующим агентом сушки. Побуждаемый вентилятором агент сушки проходит через штабель пиломатериалов, где насыщается влагой из древесины и охлаждается. Отработанный агент сушки через систему приточно-вытяжных каналов удаляется из камеры, а некоторая   часть его отправляется на повторный разогрев в воздушный теплообменник. Таким образом, в этой схеме исключена потребность в дополнительном калорифере в рабочем пространстве камеры.
Газовая сушильная установка включает в себя лишь горелочное устройство и сушильное пространство. Топочные газы, получаемые в горелочном устройстве, в смеси со свежим воздухом, подаются в сушильное пространство камеры. Для снижения температуры  газов используется сушильный агент рабочего объема камеры, смешивание этих двух компонентов происходит в зоне разряжения рециркуляционного вентилятора. Подготовленный агент сушки, нагнетается вентилятором к высушиваемому  материалу. Пройдя через материал и испарив из него влагу, часть отработанных газов удаляется из камеры, а их большая часть направляется к вентилятору для смешения с топочными  газами, то есть для повторного образования сушильного агента.

Таким образом, в газовой сушильной установке отсутствует, как промежуточный теплоноситель (вода или пар), так и первичный преобразователь теплоты (котел или воздушный теплообменник). Вследствие этого, общий КПД использования тепла по отношению к исходному топливу увеличивается примерно в два раза, значительно снижается стоимость сооружения установки, не нуждающейся в котельной и сантехнических элементах, возможность быстрого ввода в эксплуатацию сушилки, и, что  немаловажно в современных условиях, экологическая чистота процесса, так как нет дымящей трубы котельной.
 Продукты полного сгорания обладают всеми физическими свойствами нагретого воздуха, как сушильного агента, имеющего одинаковые теплотехнические характеристики (температуру, энтальпию, отдельные критериальные величины).

Для получения бездымных топочных газов наиболее удобны природные и искусственные газы:
- легкость транспортировки;
- стабильность горения;
- автоматическое регулирование температуры достигается с помощью стандартных приборов

Кроме того, добыча газа в нашей стране непрерывно возрастает при относительно низкой их стоимости.
Значительный интерес у производственников вызывает также возможность  энерготехнологического использования древесного топлива. Его предварительно газификацируют для последующего сжигания в горелках газовых сушилок и генераторах электрической энергии. Данное технологическое решение позволит предприятиям, которые установят у себя камеры, работающие на природном газе, в условиях нестабильных цен на энергоносители, полностью обеспечивать себя теплом и электроэнергией.

При сушке непосредственно нагретым воздухом  и топочными газами возникает необходимость в получении определенных параметров теплоносителя и одновременно в образовании желательных параметров сушильного агента с тем, чтобы увязать процессы горения топлива и сушки материала в единый комплексный процесс. При этом необходимо получить оптимальные параметры процесса горения и осуществить процесс сушки с наибольшим технико-экономическим и технологическим эффектом.
Известно, что технологические  и качественные свойства   древесины   во   многом   определяются   её термодинамическим состоянием в процессе сушки. Поскольку механизмы переноса тепла, влаги,  и  фазовые  превращения  влаги  оказывают непосредственное влияние на её физико-механические свойства и являются главными в определении критических скоростей процесса сушки.

Указанное многообразие факторов внутреннего состояния древесины всецело зависит от термодинамических параметров внешней среды.

Интенсифицировать процесс сушки пиломатериалов различной толщины и породы можно двумя способами. Первым способом является  усиление внешнего  теплообмена при сушке тонких пиломатериалов легкосохнущих пород. Вторым - увеличение внутреннего тепловлагопереноса при сушке сортиментов больших сечений из древесины трудносохнущих пород.

Гидротермическая обработка древесины при температуре воздуха от 50 до 100⁰С всегда приводит к снижению прочности. Максимальная величина снижения прочности древесины при температуре 100⁰С составляет 35,1%, при 80⁰С -9.6%, при 50⁰С-7,7%.

Для большинства высушиваемых материалов допустимо подобное снижение прочности. Определив допустимые напряжений возможно оптимизировать процесс, путем увеличения допустимой температуры агента сушки, с одновременным увеличением  влажности воздуха. 

Разработанные ЦНИИМОД (Центральный научно-исследовательский институт механической обработки древесины, г. Архангельск) нормальные режимы сушки построены с учетом напряжений, возникающих в древесине. Их неукоснительное соблюдение и обеспечивает качественную сушку древесины любых пород в бескалориферных сушильных установках.

Тепловоздушные сушильные установки ориентированы на потребителей  проживающих в районах с малоразвитым теплоснабжением - леспромхозах, отдаленных лесных поселках, лесосеках и т.д. Газовые - в газифицированных поселках и городах (в силу экологичности процесса); при наличии  установки  для получения генераторного газа круг потребителей значительно расширяется.

Кроме того, бескалориферные установки обладают целым рядом преимуществ по сравнению с известными калориферными:
- предельная дешевизна получаемой тепловой энергии;
- отсутствие тепловых коммуникаций;
- не боятся размораживания и вскипания котла в отличие от водяных систем;
- минимальные капитальные и эксплуатационные расходы;
- возможность применения любых режимов сушки;
- высокая культура производства;
- минимальное электропотребление;
- минимальные габариты;
- быстрый монтаж;
- установки не подлежат регистрации Госкотлнадзоре

Такие компактные сушильные комплексы надежно обеспечат сухими пиломатериалами  производство. С ростом количества малых предприятий спрос на такие лесосушильные камеры несомненно будет повышаться. В будущем данный тип установок, наряду с водогрейными, станет для предприятий преобладающим.