CC BY
77
ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ В ПРОЦЕССАХ
СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ
PROBLEMS OF ENERGY AND RESOURCE CONSERVATION
IN WOOD DRYING
Билей П.В., Соколовский И.А., Билей П.П., Приставский Б.И.
(НЛТУ Украины, г.Львов, Украина) Biley P.V., Sokolovskyy I.A., Biley P.P., Prustavskyy B.I. (Lviv)
Рассмотрены вопросы обеспечения сушильных установок тепловой энергией, полученной от сгорания древесного топлива. Дана характеристика древесного сырья, которое можно использовать в качестве топлива. Приведена методика расчета теплового баланса сушильной установки, состоящего из полезно затраченной теплоты на процесс и тепловых потерь. Даны рекомендации по использованию теплогенераторов.
Providing dryers with heat energy, got from combustion of fuel wood has been considered. The methodology of calculation of heat balance dryer consisting of useful heat expended on the process and heat losses represented. The recommendations for the use of boilers were done.
Ключевые слова: древесное сырье, теплотворная способность топлива, отходы древесины, теплогенератор, топочные газы, котельные установки, тепловой баланс.
Keywords: wood raw materials, fuel efficiency, waste wood, heat generators, flue gases, boilers, heat balance.
Сушка древесины является одним из наиболее энергоемких процессов деревообработки. В то же время качественно проведенный процесс сушки позволяет сберечь значительную часть лесных насаждений от рубок, что является решением и экологической проблемы. Для сушки древесины используют, как правило, четыре основных способа: конвективный, кондуктивный, радиационный и диэлектрический. В зависимости от вида материала (пиломатериалы, заготовки, шпон, измельченная древесина) преимущество отдают тому или иному способу. Однако, наиболее часто используют конвективный способ, где агентом сушки является паровоздушная смесь или топочные газы. Паровоздушные сушильные установки, ввиду их широкого применения на данное время, изучены наиболее полно. Они просты в эксплуатации, их легко автоматизировать. Теплоснабжение таких сушилок осуществляется от котельных установок, где как топливо используется уголь, древесные отходы, мазут или природный газ. В связи с подорожанием жидкого и газообразного топлива, а также каменного угля, наиболее часто используют различные отходы древесины, древесные брикеты и гранулы. Эффективное использование тепловой энергии зависит от совершенства котельных установок и систем теплоснабжения сушильного оборудования. Однако, в таких установках используется только нижняя теплотворная способность древесного топлива. Если использовать в качестве агента сушки топочных газов, то можно рассчитывать на высшую теплоту сгорания топлива. Таким образом, применение топочных газов в качестве агента сушки позволяет значительно упростить
систему теплоснабжения сушильного оборудования и более эффективно использовать тепловую энергию.
Древесное сырье, как топливо, можно отнести к традиционным воста-навливаемым источникам тепловой энергии наравне с ветровой энергией, солнечной энергией, гидроэнергетикой, геотермальной. Однако, перечисленные выше источники, кроме древесины, не дают гарантированого количества энергии. В общей биомассе используют, в основном, стволовую древесину (что составляет около 65% от биомассы). Остальное: тонкая часть ствола (15...20% биомассы), пни и корни (около 15...20%о биомассы) остаются после лесозаготовок на лесосеках, их называют лесосечными отходами. Кроме того, в лесах находится много сухостойких, поврежденных и тонкомерных деревьев, которые не соответствуют хозяйственным целям. Если к тому же учесть отходы лесопильно-деревообрабатывающих и других производств, бывшую в употреблении древесину (которая исчерпала свой ресурс эксплуатации), древесину специально выращиваемую на энергетических плантациях, то запасов древесного сырья, как топлива, есть в достаточном количестве.
На деревообрабатывающих предприятиях используются различные энергетические агрегаты: паровые и водогрейные котлы, теплогенераторы (газовые и воздушные) газотурбинные и другие виды. Тепловая энергия, полученная от сгорания топлива, в паровых и водогрейных котлах, а также воздушных теплогенераторах, передается промежуточному теплоносителю (пар, вода, воздух) и используется для нагревания воздуха - сушильного агента в процессах нагревания и сушки древесины. Теплогенераторы топочных газов передают тепло непосредственно к нагреваемому и высушиваемому материалу. Основными параметрами топочных газов, топочных от сгорания древесного топлива считают высшую теплотворную способность кДж/кг), массу сухой части газов кг/кг), их влагосодержание г/кг) и теплосодержание (I, кДж/кг). Для получения необходимого количества тепловой энергии необходимо расходовать определенное количество топлива. В соответствии с законом сохранения и превращения энергии составляют тепловой баланс агрегата. Тепловой баланс численно подтверждает полноту превращения топлива в тепловую энергии и, тем самым, показывает техническое совершенство теплогенератора. Тепловой баланс теплогенераторов составляют для 1 кг топлива (древесины и ее отходов) при стационарном (установившемся) тепловом процессе. Полученная тепловая энергия кДж/кг) состоит из полезно затраченной кДж/кг) и тепловых потерь (ЭДпот, кДж/кг), то есть:
&= Qм + 20пот. (1)
В последнее время в деревообработке чаще применяются не паровые, а водогрейные котлы, для которых полезно затраченное тепло рассчитывается по формуле:
ем =м ■Св В12 -''}, ^ (2)
В кг
где М - массовой расход воды, кг/с; Св - удельная теплоемкость воды, кДж/(кг-°С), В - расход топлива, кг/с; ^^ - соответственно, температура воды на входе и выходе из теплогенератора, °С.
Bp = -BW М/, ~ (3)
Тепловые потери состоят: из потерь тепла с дымовыми газами на выходе из теплогенератора (Q2); от химической неполноты сгорания топлива (Q3); от механической неполноты сгорания топлива (Q4); от внешних ограждений теплогенератора (Q5). Затраты рабочего топлива для водогрейных котлов определится из формулы:
MCOWi) кг
Q4 max с
где ^max - максимальный коэффициент, полезного действия теплогенератора, который определяется по формуле:
7 max = QT ■ 100%. (4)
QS
Иногда целесообразно затраты и потери тепловой энергии выражается через удельные величины:
qi = ■ 100% ; (5) д2 = SL ■ 100% ; (6) q:, = Q ■ 100% ; (7)
Qs Qs Qs
q, = Q4 400%; (8) q, = ^ 400%. (9)
Тогда формулу (4) можно записать следующим образом
7max =100 - (q2 + q3 + q,+q,). (10)
Если топочные газы используются в качестве агента сушки, то максимальный коэффициент полезного действия определится из выражения:
7 max =100 - (q3 + q, + q,). (11)
Следующим аспектом энергетической проблемы является совершенствование агрегатов тепловой энергии и оборудования, которое используется в процессах нагревания и сушки древесины. Перевод котельных агрегатов на топливо из древесного сырья имеет большой экологический эффект по сравнению с использованием в качестве топлива природного газа. Однако, топочные газы, полученные от сжигания древесного сырья, имеют продукты неполного сгорания и сажу, что неблагоприятно сказывается на качестве поверхности высушиваемой древесины. Поэтому, после камеры смешивания топочных газов с воздухом, необходимо дополнительно устанавливать циклон для тонкой очистки топочных газов. Грубая очистка топочных газов осуществляется в искрогасителях и камере смешивания. Полностью очищенные топочные газы можно использовать в процессах сушки шпона, измельченной древесины, пиломатериалов и заготовок.
Выводы. Большие котельные установки, которые обеспечивают тепловой энергией цеха или предприятия в целом, на отходах из древесины работают не эффективно. Для сушильных цехов целесообразно использовать водогрейные котлы, если агентом сушки применяется паровоздушная смесь. Если в качестве сушильного агента применяют топочные газы, то для обеспечения сушильных установок тепловой энергии целесообразно на каждую такую установку использовать автономный теплогенератор в комплекте с грубой и тонкой системой очистки топочных газов.
Список использованных источников
1. Бтей П.В. Тепломасообмшш процеси деревообробки / Бшей П.В., Петришак 1.В., Со-коловський I.A., Сорока Л.Я. - Льв1в. :ЗУКЦ 2013 - 376с.
2. Билей П.В. Сушка древесины твердых лиственных пород. - М.: Экология, 1992. - 224 с.
3. Бтей П.В. Теплотехтчна модель теплогенератора для спалювання деревно! сировини/ Бтей П.В., Прийставський Б.1./ Науковий вюник НЛТУ Украши. -Львш: НЛТУ Укра!-ни. Вип.21.7, 2012. - С.86-89.
