§ 82. Управление процессом сушки в барабанных сушилках

Одно из наиболее важных условий, обеспечивающих получение древесностружечных плит высокого качества — стабилизация влаж-ности стружки перед смешением со связующим и влажности стру-

Рис. 177. Функциональная схема контроля и регулирования параметров

барабанной сушилки

жечно-клеевой массы перед прессованием. Понижение влажности стружки вызывает адсорбирование связующего стружками, что приводит к преждевременной полимеризации клея и слабому склеи­ванию частиц между собой. Повышенная влажность стружечно-клеевой массы снижает сопротивление плит расслаиванию, повы-

шает расход тепла на испарение влаги. Неравномерное распределе­ние влаги в стружечно-клеевой массе перед прессованием приводит к образованию рыхлых мест в плитах, разнотолщинности плит, неоднородности физико-механических свойств, Для сушки древес­ных частиц применяют барабанные, ленточные, пневматические, а

также комбинированные сушил­ки. Наиболее часто сушка дре­весной стружки производится в барабанных сушилках.

Барабанная сушилка (рис. 177). Эта сушилка состоит из следующих основных узлов: топка 1, камера смешения 2, вращающийся барабан 3, загру­зочное устройство 4, разгру­зочное устройство 5, дымосос 6, создающий разрежение, циклон 7, дозирующий питатель 8, бункер сырой стружки 9.

В топке 1 расположена го­релка, к которой подводится топливо и воздух. Топочные га­зы высокой температуры посту­пают в камеру смешения 2, где смешиваются со вторичным воз­духом. С пониженной до 400 °С температурой они постушнот в барабан и отдают тепло на испарение влаги из материала. На выходе из барабана газы поступают в циклон, где осаж­дается пыль. Легкие частицы и воздух выбрасываются в ат­мосферу. Сушилка работает под разрежением, что препятствует выходу из нее газов и пыли в по­мещение цеха. Влажный материал из загрузочного бункера подается в переднюю часть барабана 3, где благодаря вращению последнего перемешивается и перемещается. Скорость перемещения материала зависит от уклона барабана, частоты вращения и скорости прохож­дения газа. Высушенный материал попадает через загрузочное устройство и пневмотранспорт в бункер сухой стружки.

Сушильный агрегат как объект управления. На рис. 178, б пред­ставлена его структурная схема, выражающая основные связи ме­жду параметрами.

Входными величинами являются: начальная влажность стружки W_h, расход абсолютно сухой древесины G_c, начальная температура газов _Н, расход теплоносителя F, скорость газов v, частота вра­щения барабана п.

Выходными величинами будут: конечная влажность стружки W_K, влажность отходящих газов W_K. _г, температура стружки _к и газов _{Г. к}.

Существу процесса в качестве управляемого параметра лучше всего соответствует остаточная влажность стружки W_K. Однако ог­раниченность и ненадежность датчиков влажности не всегда по­зволяют реализовать этот вариант.

При определенных условиях распределение температуры тепло­носителя по длине барабана с достаточной точностью соответствует абсолютной влажности материала (рис. 178, в), что позволяет кос­венно оценить качество стружки по температуре отходящих газов. При постоянной частоте вращения барабана п, колебание началь­ной влажности стружки W_н является возмущающим воздействием. Следовательно, управляющими воздействиями могут быть F, _н, G_с, v. Динамические свойства сушилки по ряду каналов на основе выполненных исследований [5] (см. рис. 178, а) записываются в виде моделей:

Абсолютные значения цифр справедливы только для конкретной сушилки. В других случаях их определяют экспериментально. Из модели видно, что по всем исследованным каналам модели представ­ляются апериодическими звеньями, последовательно включенными со звеном запаздывания, а параметры взаимосвязаны (рис. 178, б).

Данные математические модели (115) позволяют анализировать изменение выходных параметров в зависимости от входных и опре­делять рациональные режимы.

Регулирование процесса сушки изменением расхода стружки равнозначно работе сушильного агрегата с переменной производи­тельностью. Изменяя расход горячего газа, изменяется Q, что ве-

дет к изменению скорости прохождения стружки и, следовательно, к изменению производительности.

Наименее инерционным является канал «температура газа на выходе — температура газа на входе».

В процессе сушки стружка теряет влагу и влагосодержание га­зов увеличивается. Следовательно, температура газов, их влаж­ность, влагосодержание древесины взаимосвязаны. Равновесная влажность древесины W является функцией температуры и влаж­ности воздуха. На рис. 178, в представлены графики = f (L), W = f (L), характеризующие изменение равновесной влажности по длине барабана.

Стабилизировать влажность стружки возможно [18], поддер­живая соотношение температур в соответствии с уравнением

где _{Г. к}, _{Г. н} — соответственно температура газов на выходе и входе; _{К. с}, _{н. с} — соответственно температура стружки на выходе и входе.

Уравнение является основой для создания системы автоматиче­ского регулирования влажности стружки по соотношению между температурами ₁ = _{Г. к} — _{К. с}, ₂ = _{Г. н} — _{н. с}, которая дает удовлетворительное качество регулирования.

Из анализа воздействий очевидно, что наиболее целесообразно из условия максимизации производительности сушильного бара­бана в качестве управляющего воздействия принимать изменение расхода теплоносителя. На рис. 177 представлена функциональная схема автоматического управления режимом сушки. Схема состоит из автономных систем автоматического регулирования (САР): САР подачи стружки в сушильный барабан G_c; CAP температуры газов на входе в сушильный барабан _Н; САР скорости движения газов v; САР соотношения топливо — воздух; САР режима сушки материала W_K = const.

Системы автоматического регулирования (стабилизации) выше­перечисленных параметров реализуются просто и создают условия для эффективного ведения процесса сушки стружки.

Допущение автономности управления противоречит многосвяз-ности параметров объекта (сушильного барабана). При данной си­стеме управления обеспечивается стабилизация режима сушки, но не может быть реализовано оптимальное протекание процесса. Применение современных вычислительных машин позволяет соз­дать АСУ ТП процессом сушки и реализовать задачу оптимизации управления режимом.