Экономия электроэнергии при использовании сушильных комплексов

Производство качественных деревянных конструкций невозможно без высокопроизводительной и эффективной сушки. Значительная энергоёмкость существующей технологии сушки пиломатериалов обусловливает актуальность обращения к более рациональным технологиям, основанным на использовании теплоты от сжигания отходов деревообработки: коры, опилок, стружки, обрезков.

Преимущества использования древесных отходов по сравнению с другими видами топлива следующие: использование отходов в качестве топлива позволяет получать дешевую тепловую энергию; проблема утилизации древесных отходов решается наиболее эффективным путем.

При сушке пиломатериалов применяются аэродинамические камеры, в которых установлены ТЭНы и вентиляторы для принудительной циркуляции воздуха в камере. Существующая технология сушки древесины предусматривает постоянное использование пяти аэродинамических камер общим объемом 350 м³.

Годовой расход электроэнергии на нужды сушки древесины, кВтч/год:

W_р =  ∙ k_n ∙ k_t ∙ T_раб ∙ 10^-3 , (1)

где − Р_Ii − номинальная мощность i-ого электродвигателя, кВт; k_n − коэффициент загрузки электродвигателя по мощности; k_τ − коэффициент загрузки электродвигателя по времени; Т_раб − годовой фонд рабочего времени сушильной установки, ч.

Таким образом, в соответствии с формулой (1) годовой расход электроэнергии на нужды существующих сушильных установок составляет:

W_р = 20 ∙ 15 ∙ 0,8 ∙ 0,75 ∙ 8760 ∙ 10^-3 = 1 576,8 тыс. кВтч.

Рравним двухкамерные сушильные комплексы СКВК-50 производства ООО «КАМИ-Станкоагрегат» (РФ) и сушильные комплексы производства ООО «Макил» (РБ).

Комплексы состоят из одной или двух сушильных камер и комплектуются одной или двумя энергетическими установками. Корпуса сушильных камер выполнены сборными и состоят из панелей типа «сэндвич», облицованных стальным листом и заполненных минеральной ватой. На внутренние поверхности панелей нанесено антикоррозийное, термовлагостойкое покрытие.

Штабель пиломатериала загружается на тележки и перемещается в камеру по рельсовому пути. В верхней части камеры расположены водяные калориферы, система увлажнения воздуха и вентиляторы. Регулирование температуры воздуха в камере осуществляется в автоматическом режиме системой управления подачи топлива, что позволяет поддерживать температуру воды в калориферах с точностью ± 2°С.

Энергетическая установка состоит из загрузочного бункера, подающего шнека, камеры предварительного сжигания (газогенератора), водяного котла и циркуляционного насоса.

Опилки (стружка) засыпаются в бункер, снабженный ворошителем, и далее поступают в шнековый транспортер, работающий в автоматическом режиме "подача-пауза" в соответствии с заданной программой. Шнек осуществляет дозированную подачу в узел предварительного сжигания топлива. Обрезки и кусковые отходы длиной до 0,7 м сжигаются непосредственно в топке котла. Циркуляция воды в системе обеспечивается насосом. Факел горящего газа направляется в камеру сгорания котла, в котором происходит нагрев воды.

Преимущества энергетической установки СКВК по сравнению с тепловыми установками следующие:

− газификация топлива обеспечивает почти полное сгорание топлива, в результате чего достигается высокий КПД установки (80-85 %);

− автоматическая шнековая подача опилок (стружки) обеспечивает их равномерное горение и поддерживает заданную температуру воды;

− бездымное сжигание отходов;

− автоматический режим дозированной подачи топлива.

Для сохранения неизменного объема сушки древесины при замене оборудования необходимо семь сушильных комплексов СКВК-50, каждый из которых имеет объем загружаемых пиломатериалов 50 м³.

Годовой расход электроэнергии сушильных установок составит:

W_р = 7 ∙ 23,6 ∙ 0,8 ∙ 0,70 ∙ 8760 ∙ 10^-3 = 810,4 тыс. кВтч

Экономия электроэнергии при замене сушильных установок:

W_Э = 1576,8 – 810,4 = 766,4 тыс. кВтч/год.

При стоимости электроэнергии 104,8 руб/кВтч, годовая экономия денежных средств ΔД тыс. руб/год, составит:

ΔД = 766,4 ∙ 104,8 = 80318,4 тыс. руб.

Стоимость сушильных комплексов с учетом цены установки и наладки составляет 765 893, 3 тыс. руб.

Срок окупаемости 765893,3 / 80318,4 = 9,5 лет.

Фирмой ООО «Макил» разработаны технологические схемы сушильных комплексов (СК) на базе теплоагрегатов УВН 100-500 кВт с воздушным теплоносителем.

Отличительной особенностью комплексов является способ подогрева сушильного агента, циркулирующего в камерах воздуха. В отличие от общепринятых схем, нагрев воздуха производится в теплообменнике воздухонагревательных установок УВН при сжигании древесных отходов. Этот процесс можно отнести к классу конвективной безкалориферной сушки с теплоагрегатом на древесных отходах. Преимуществами такой сушки являются: значительное сокращение теплопотерь при теплопередаче и из-за рассеивания ввиду отсутствия промежуточного теплоносителя; более эффективный нагрев теплоносителя (воздуха) за счет большей разности температуры между теплоносителем и горючими газами в теплообменнике УВН; значительно меньшие эксплуатационные расходы процесса сушки.

Ограждающие конструкции выполнены из строительных материалов и из сборных утепленных металлических панелей. В состав комплекса входят камерный блок (камеры) и энергетический блок (топочная). Камерные блоки комплекса имеют объем единовременной загрузки от 10 до 150 м³. Камера оборудована системой автоматизации различного уровня управления.

Нагретый воздух в энергетическом блоке СК обеспечивает автономную работу сушильного комплекса и экологическую чистоту всего производства, так как уровень ПДК вредных веществ в продуктах сгорания не превышает норму. Теплоагрегаты УВН позволяют сжигать при естественной влажности кусковые (до 1 м) и мягкие (опилки) отходы, а также другое биотопливо растительного происхождения.

Воздухонагревательные установки обеспечивают бездефектную конвективную сушку пиломатериалов из древесины хвойных и твердых лиственных пород по II категории качества без использования системы увлажнения сушильного агента с прерывистой циркуляцией воздуха. Воздушный поток внутри камеры обеспечивается осевыми вентиляторами. Выбор метода контроля процесса сушки зависит от требуемого качества и объема пиломатериалов.

Лесосушильный комплекс представляет собой блок из двух сушильных камер 2 50м³ условного материала и помещения топочной, в котором установлены две воздухонагревательные установки УВН. Каждый из теплоагрегатов имеет собственную систему рециркуляции воздуха производительностью 15 тыс. м³/час, пластинчатый теплообменник воздух-воздух и систему сброса влаги с ручным управлением.

Камера снабжена вертикально-поперечной системой внутренней рециркуляции воздуха производительностью 250 тыс. м³/час на базе осевых вентиляторов. Система рециркуляции воздуха автоматически реверсируемая.

Обслуживание воздухонагревательных установок УВН-250А осуществляется одним оператором в смену, который одновременно следит за режимами сушки; контроль и управление режимом сушки осуществляет управляющая система АСК-6.

Энергоемкость процесса сушки составляет 50 кВт час/м³. Потребляемые энергоресурсы: при U = 380 В, Р = 30 кВт и отходы древесины до 1 т/сутки или 320 т в год. Годовой оборот комплекса составляет 4000 м³/год.

Годовой расход электроэнергии составит:

W_р = 4 30 ∙ 0,8 ∙ 0,70 ∙ 8760 ∙ 10^-3 = 588,7 тыс. кВтч

Экономия электроэнергии при замене сушильных установок:

W_э = 1576,8 – 588,7 = 988,1 тыс. кВтч/год.

При стоимости электроэнергии 104,8 руб/кВтч, годовая экономия:

ΔД = 988,1 ∙ 104,8 = 103552,88 тыс. руб.

Стоимость сушильных комплексов составляет без учета системы автоматизации процесса сушки 399936,0 тыс. руб.

Срок окупаемости 399936,0 / 103552,88 = 4 года.

Выполненные расчеты свидетельствуют о высокой экономической эффективности внедрения новых сушильных комплексов с применением отечественных (особенно стационарных местных) биотопливных теплогенераторов производства ООО «Макил» (РБ) ввиду того, что данное мероприятие ведет к значительной экономии электроэнергии и небольшой срок окупаемости, в сравнение с СКВК-50 производства ООО «КАМИ-Станкоагрегат» (РФ). Использование же импортных сушильных комплексов представляется экономически недостаточно эффективным для отечественных деревообработчиков: цена одной сушильной камеры с загрузочным объёмом в 25 м³ составляет 16-33 тыс. долл. США.

ЛИТЕРАТУРА

1. Методические рекомендации по составлению технико-эконо­мических обоснований для энергосберегающих мероприятий /Комитет по энергоэффективности при СМ РБ. – Минск: Учеб.-выстовоч.и издат.центр УП «Белэнергосбереж.»/, 2003. – 60 с.

УДК 681.5

А.Н.Устинов

Научн. рук. доц. Д.С. Карпович (кафедра автоматизации производственных процессов и электротехники, БГТУ)