Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Повышение энергоэффективности осциллирующей вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов. Монография

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1210 11 12 > Следующая >>>

этим созданная сушильная установка в дальнейшем рекомендуется к внедрению в производство музыкальных инструментов.

Кроме того, в результате исследований показателей процесса осциллирующей вакуумно-кондуктивной сушки, установлено что данную технологию можно использовать как предварительную стадию в процессе термомодифицирования древесины, в которой одним из основных условий является предварительная качественная сушка пиломатериала. Для апробации предложенной технологии сушки в производстве термодревесины был осуществлен процесс термомодифицирования высушенных в пилотной установке образцов. Результаты полученной термодревесины представлены на рис. 4.22.

Рис. 4.22. Образцы термомодифицированной древесины, прошедшие

предварительную сушку в созданной пилотной установке

На основе анализа данных предложена технология сушки и термовлажностной обработки древесины, для которой был получен патент № 2520272.

4.5. Перспективы развития предложенной технологии

осциллирующей вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов

с использованием теплового насоса

С целью дальнейшего развития предложенной технологии разработана конструкция сушильной установки, привод теплового насоса которой работает от двигателя внутреннего сгорания, в свою очередь работающего на продуктах газификации отходов деревообработки или на природном газе. Предложенное усовершенствование позволяет эффективно использовать топливноэнергетические ресурсы.

Усовершенствованная конструкция (рис. 4.23) включает в себя следующие узлы: газификатор, двигатель внутреннего сгорания, тепловой насос, установка осциллирующей вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов. Сырьем для переработки в газификаторе являются отходы деревообработки, образующиеся на лесопильных и деревообрабатывающих производствах.

Рис. 4.23. Схема усовершенствованной конструкции установки,

работающей на продуктах газификации отходов

деревообработки/природном газе

Сырье в виде древесных отходов поступает в газификатор, в котором образуется синтез-газ, который после охлаждения сгорает в двигателе внутреннего сгорания с выработкой механической энергии, необходимой для работы компрессора теплового насоса установки. При этом тепловая энергия, получаемая в результате работы двигателя внутреннего сгорания, может быть направлена на технологические нужды предприятия.

С целью выявления экономической эффективности внедрения предложенной технологии сушки был произведен сравнительный анализ технико-экономических показателей гипотетических установок с равной производительностью. В качестве аналога для сравнения была принята наиболее распространенная технология конвективной сушки, использующая в качестве энергоносителя природный газ.

Оценка экономической эффективности анализируемых сушильных аппаратов выполнена для процесса сушки дубового пиломатериала толщиной 50 мм, высушиваемого по II категории качества от начальной влажности 60 % до конечной влажности 12 %. Расчет экономической эффективности выполнен согласно методике [54]. Основные исходные данные, результаты сравнения экономической эффективности и сравнительные техникоэкономические показатели сушки приведены в табл. 4.2.

Анализ полученных значений показывает, что установка осциллирующей вакуумно-кондуктивной сушки с тепловым насосом, работающим от электричества, позволяет сократить себестоимость сушки 1 м3 дубового пиломатериала по сравнению с классической конвективной камерой с газовым энергоподводом, благодаря чему предложенная конструкция установки абсолютно конкурентоспособна на рынке, поскольку может использоваться фактически в любых производственных условиях без привязки к газу. В то же время при наличии технических условий подключения газа рекомендуется организация привода ТН установки от ДВС на природном газе, которая более чем в два раза сокращает себестоимость сушки дубовых пиломатериалов по сравнению с классической конвективной технологией.

Таблица 4.2

Технико-экономическое обоснование эффективности

использования осциллирующей вакуумно-кондуктивной

установки с тепловым насосом

Наименование показателей

Ед. измерения

Установка осциллирующей вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов

Аналог – конвективная камерная сушилка

Техническая особенность

Электрический привод ТН

Привод ТН от ДВС на природном газе

Газовый котел

1 2 3 4 5

Габаритные размеры: длина ширина высота Занимаемая площадь (с учетом зоны выгрузки пиломатериала). Объем загрузки, м3 усл. п/м. Продолжительность сушки Годовая производительность Стоимость услуг по сушке 1 м3 дубового пиломатериала Себестоимость сушки 1 м3 дубового пиломатериала Годовая чистая прибыль

мм мм мм м2

м3

сут.

м3/год

руб.

руб./м

руб.

3000 4500 1800 23

1,75∙2=3,5

~10

120

4000

985

361800

4200 4500 1800 28

1,75∙2=3,5

~10

120

4000

472

423360

6500 3000 3000 38

~45

120

4000

1053

353640

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Идеальную схему энергосбережения в процессах сушки можно представить следующим образом. Тепловая энергия, полученная в результате сгорания альтернативного топлива, равномерно, без потерь в окружающую среду подводится ко всем точкам высушиваемого материала, а теплота испаренной влаги улавливается и снова направляется в технологический процесс или на технологические нужды. В настоящее время в промышленности существуют различные элементы данной идеальной схемы:

1. Широкое распространение в последние годы получило использование альтернативного топлива в процессах конвективной сушки пиломатериалов. При этом в качестве такого топлива используются отходы деревообработки.

2. В процессах конвективной сушки пиломатериалов нашли применение тепловые насосы, с помощью которых тепловая энергия испаренной влаги улавливается и снова направляется на сушку материала.

3. Вакуумные технологии, которые отличаются минимальными потерями тепла в окружающую среду, а также позволяют значительно сократить продолжительность процесса сушки, что, в свою очередь, также способствует снижению энергетических затрат.

Таким образом, в результате рассмотрения существующих способов энерго- и ресурсосбережения в процессах сушки была выделена схема ведения процесса, при которой вакуумнокондуктивные технологии, отличающиеся минимальными потерями тепла в окружающую среду, рациональным использованием подведенной теплоты, низкой продолжительностью процесса, в сочетании с преимуществом тепловых насосов позволяют максимально приблизиться к идеальной схеме.

Классическая технология вакуум-кондуктивной сушки, как известно, приводит к возникновению достаточно высоких внутренних напряжений в материале, вызывая существенное снижение качества сушки. Поэтому вакуумно-кондуктивную сушку целесообразно осуществлять в осциллирующем режиме, состоящем из циклов нагрев–вакуумирование. Однако в этом случае тепловая энергия испаренной влаги не может тут же направляться на нагрев материала в

этой же камере. Поэтому необходимо создание второй камеры, при этом циклы двух камер получаются асинхронными.

Было установлено, что вакуумно-кондуктивная сушка, в частности в осциллирующем режиме, достаточно хорошо изучена. Однако существующие математические модели в основном опираются на решение системы дифференциальных уравнений и отражают всю технологию процесса, что приводит к серьезному усложнению расчета частных задач по данной математической модели. Например, для расчета системы вакуумирования с использованием теплового насоса необходимо определение скорости удаления влаги из материала. Решение данной задачи по известным математическим моделям представляется достаточно сложным. Поэтому для упрощения решения задачи был разработан метод расчета процесса вакуумирования нагретого материала методом полнофакторного эксперимента.

В целях повышения точности расчетов выходной величины – скорости сушки – процесс удаления влаги рассматривался в двух интервалах влажности материала: влажность материала выше и ниже предела насыщения клеточных стенок. Для отработки режимных параметров процесса сушки была создана экспериментальная установка, включающая две вакуумные камеры и два взаимообратных контура теплонасосного оборудования.

В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что продолжительность стадии вакуумирования при высокой влажности материала протекает достаточно интенсивно, вследствие чего материал во второй камере не успевает набрать необходимой тепловой энергии, отсюда смену стадий при высокой влажности материала необходимо проводить по продолжительности стадии нагрева во второй камере. При рассмотрении режимов сушки для древесины с влажностью ниже предела насыщения клеточных стенок (когда продолжительность нагрева короче продолжительности вакуумирования) установлено, что на момент достижения материалом, находящимся на стадии нагрева, заданной температуры влагосъем из материала, находящегося на стадии вакуумирования, достигает в среднем 87 % от максимально возможной величины. Поэтому смену стадий в камерах было решено проводить также по достижении заданной температуры материалом, находящимся на стадии нагрева, что в конечном счете сокращает продолжительность всей сушки

пиломатериала при незначительном увеличении числа циклов нагреввакуумирование.

Для анализа энергоэффективности предложенной технологии было проведено сопоставление затрачиваемой мощности на процесс сушки с использованием и без его использования теплового насоса, т.е. при нагреве материала только с помощью электронагревателей. Установлено, что применительно к экспериментальной установке энергозатраты на процесс сушки в случае использования теплового насоса в три раза меньше, чем в случае использования электронагревателя. В этой связи был сделан вывод, что разработанная технологическая схема с двумя вакуумными камерами, сообщающимися между собой с помощью теплового насоса, эффективна. Поэтому далее была предложена усовершенствованная конструкция для промышленного использования.

Отличительной особенностью предложенной конструкции установки от экспериментального аналога является применение одного теплового насоса, который представляет собой замкнутую систему парокомпрессионного типа, где испаритель служит для улова испаренной из материала влаги, ее конденсации и охлаждения (т. е. выполняет роль конденсатора системы вакуумирования установки), а конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим тепло для нагрева жидкого теплоносителя, циркулирующего в нагревательных плитах сушильной установки.

Для проектирования пилотной установки была разработана инженерная методика расчета ТН, исходными данными к которой являются результаты расчетов, полученные по уравнению регрессии: скорость сушки материала в процессе вакуумирования, которая определяет тепловую нагрузку. По разработанной методике спроектирована пилотная установка осциллирующей вакуумнокондуктивной сушки дубовых заготовок, которая внедрена в технологический цикл производства сувенирной продукции на ООО «НПП «ТермоДревПром». Для созданной пилотной установки коэффициент преобразования электроэнергии составляет μэ = 5,28, что позволило снизить себестоимость сушки дубовых заготовок с 1658 до 985 руб/м3.

Основные обозначения

Т, t – температура; °С

s – толщина пиломатериала, мм

Р – давление, кПа

τ – время, мин

N – скорость сушки, %/мин

Q – тепловая энергия, Дж/с

m – масса, кг

W – влажность, %

r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг

ρм – базисная плотность, кг/м3

A, B, C – коэффициенты уравнения Антуана

q – удельная теплота, Дж/кг

ε – коэффициент сжатия в компрессоре

μ – коэффициент преобразования

V – объем, м3

G – массовый расход, кг/с

𝜂 – КПД – коэффициент полезного действия

см – удельная теплоемкость, Дж/(кг·К)

φ – относительная влажность

k – коэффициент компенсации тепловых потерь

S – энтропия, Дж/кг

h – энтальпия Дж/ К

α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К)

d – диаметр, мм

F – площадь, мм2

μ’ – молярная масса, кг/моль

ТН – тепловой насос

ПЭ – первичная энергия

Материал 1 – материал на стадии вакуумирования

Материал 2 – материал на стадии нагрева

Индексы

м1 – материал на стадии вакуумирования

м2 – материал на стадии нагрева

исп. – испаритель

исп. вл. – испаренная влага

п/м – пиломатериал

м – материал

пл – плита

к – конденсация

и – испарение

в – высокопотенциальный

н – низкопотенциальный

атм – атмосфера

0 – начальный

кон – конденсатор

тн – тепловая нагрузка

э.м. – электромеханический

э – электрический

ост – остаточный

и – испарение

сж – сжатие

вн – вакуумный насос

п – приток

100

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аверин, Г. Д. Физико-технические основы холодильной

обработки пищевых продуктов: учеб. пособие / Г. Д. Аверин,

Э. И. Каухчешвили, Н. К. Журавская; под ред. Э. И. Каухче-

швили. – М.: Агропромиздат, 1985. – 255 с.

2. Акишенков, С. И. Деформативность и растрескивание

пиломатериалов при их сушке / С. И. Акишенков // Технология

и оборудование деревообрабатывающих производств межвуз.

сб. науч. тр.: – Л.: Изд-во ЛТА, 1989. – С. 8−11.

3. Ананьин, П. И. Высокотемпературная сушка древесины /

П. И. Ананьин, В. Н. Петри. – М.: Гослесбумиздат, 1963. –

127 с.

4. Андрющенко, А. И. Возможная экономия топлива от

использования утилизационных ТНУ в системе

энергоснабжения предприятий / А. И. Андрющенко //

Промышленная энергетика. – 2003. – № 2. – С. 15 – 29.

5. Ахметова, Д. А. Разработка энергосберегающей технологии

термомодифицирования древесины: дис. … канд. техн. наук /

Д. А. Ахметова. – Казань, 2009. – 150 с.

6. Сравнительный анализ разнотипных установок для сушки

древесины / Ю. А. Благодаров [и др.] // Деревообр. пром-сть.

– 1994 – С. 22–24.

7. Боровиков, А. М. Справочник по древесине / А. М. Боровиков,

Б. Н. Уголев; под ред. Б. Н. Уголева. – М.: Лесная пром-сть,

1989. – 296 с.

8. Богданов, Е. С. Автоматизация процессов сушки

пиломатериалов / Е. С. Богданов. – М.: Лесная пром-сть, 1979.

– 175 с.

9. Расчет, проектирование и реконструкция лесосушильных

камер / Е. С. Богданов [и др.] – М.: Экология, 1993. – 352 с.

10. Богданов, Е. С. Сушка пиломатериалов / Е. С. Богданов. –

М.: Лесная пром-сть, 1988. – 248 с.

11. Брагина, Л. В. Теплофизические свойства древесины /

Л. В. Брагина, И. Г. Романенко, В. М. Ройтман // Новые

исследования в области изготовления деревянных

конструкций. – М., 1988. – С. 28−34.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1210 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]