Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Повышение энергоэффективности осциллирующей вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов. Монография
.pdf
81
Рис. 4.10. Алгоритм расчета процесса осциллирующей вакуумно-
кондуктивной сушки пиломатериалов с использованием теплового
насоса
Расчет теплового насоса:
tи = tн2 – tи
tк= t
в2
+tк
а
qи= h1 – h4 кДж/кг
qк= h2 – h3 кДж/кг
lсж= h2 – h1 кДж/кг
qтн = qк , кДж/кг
W ,кДж/кг
э
ПЭ
N, кВт
Qи, кВт
Qк, кВт
Э
Qтн = Gн · r
Gн = N · Vм · ρ
м
tн1 = t
пара
tн2 = 5°С
tв2 = tпл+ 5
tв1 = tпл– 5
+
Тм= 60
Р = 20
Тм= 40
Р = 20
Начало
Ввод данных п/м:
порода, S, W
нач
ρ>480
+
Принять
рекомендуемые
технологические
режимы
Конец
Вывод результатов на
печать
μ
>5
+
−
Ввод Т,Р
82
4.3. Пилотная установка осциллирующей
вакуумно-кондуктивной сушки с тепловым насосом
По предложенной инженерной методике расчета была
спроектирована пилотная установка осциллирующей вакуумнокондуктивной сушки пиломатериалов. По данным расчетов
произведен подбор стандартного оборудования [48, 96].
В качестве утилизатора тепловой энергии влаги, испаренной из
древесины на стадии вакуумирования, служит тепловой насос.
Конструктивно тепловой насос представляет собой замкнутую
систему парокомпрессионного типа, работающую на хладагенте фреон
R22 и состоящую из таких основных узлов, как компрессор,
конденсатор, испаритель и дроссельный вентиль. Для сообщения
узлов теплового насоса применяются медные трубки, по которым
совершает полезную работу хладагент, превращая механическую
энергию в тепловую [192, 194].
Также следует отметить некоторые дополнительные
особенности созданной пилотной установки. Измерение расхода
теплоносителя осуществляется с помощью расходомера. Для удаления
конденсата из емкости с испарителем на дне расположен ручной
вакуумный клапан. С целью сокращения переноса испаренной влаги
из древесины на стадии вакуумирования испаритель теплового насоса
спроектирован в непосредственной близости от обеих камер.
Соединение камер сушки и испарителя осуществляется с помощью
патрубков диаметром 60 мм, что обусловлено высокой пропускной
способностью для переноса испаренной из древесины влаги в
испаритель.
В камерах установлены датчики температуры среды, материала
и плит. Датчик температуры материала устанавливается с торца
материала в предварительно просверленное отверстие глубиной
40–50 мм. Также датчики температуры установлены в конденсаторе:
один − для замера температуры теплоносителя, два – для замера
температуры хладагента на поверхности конденсации (вход и выход).
Три датчика температуры установлены в испарителе: один − для
замера температуры среды внутри испарителя, два − для замера
температуры на поверхности испарения (вход и выход) [1, 121].
Созданная пилотная установка представлена на рис. 4.11.
83
Рис. 4.11. Пилотная установка осциллирующей вакуумно-
кондуктивной сушки с тепловым насосом
Показатели энергоэффективности теплового насоса созданной
пилотной установки представлены в табл. 4.1. Коэффициент
преобразования электроэнергии для теплового насоса установки
составляет э = 5,28, что подтверждает эффективность применения
теплового насоса.
Таблица 4.1
Показатели энергоэффективности теплового насоса
Показатели
Значение
Удельная тепловая нагрузка теплового насоса qтн, кДж/кг
146
Удельная электроэнергия, потребляемая
электродвигателем W, кДж/кг
27,63
Степень сжатия в компрессоре ε
7,10
Коэффициент преобразования теплоты μ
6,95
Коэффициент преобразования электроэнергии μ
э
5,28
Удельный расход первичной энергии ПЭ
0,49
Сушильная камера (рис. 4.12) представляет собой
цилиндрическую герметично сваренную металлическую конструкцию,
корпус которой герметизируется с помощью крышки. Внутрь камеры
84
закладываются нагревательные плиты и необходимое в процессе
сушки регистрирующее оборудование.
Технические
характеристики:
Длина, 1100 мм
Диаметр, 600 мм
Кол-во плит, 3 шт
Объем загрузки, 0,2 м3
Рис. 4.12. Сушильная камера
Компрессор (рис. 4.13) представляет собой
парокомпрессионную поршневую машину и служит для перекачки
сжатых паров хладагента в замкнутой системе теплового насоса.
Технические характеристики
компрессора Aspera 6165:
Хладагент R143а
Объем цилиндра,
6,05 см
3
Холодопроизводительность, 95 Вт
Теплопроизводительность,
625 Вт
Рис. 4.13. Компрессор теплового насоса
85
Конденсатор теплового насоса (рис. 4.14) представляет собой
теплообменный аппарат кожухотрубчатого типа с пучками
оребренных медных трубок. В межтрубном пространстве фреон
конденсируется, выделяя теплоту, которую передает
высокопотенциальному теплоносителю – жидкости, находящейся в
трубном пространстве теплообменника.
Технические характеристики ТК:
Поверхность теплообмена,
2,29 м2
Внутренний диаметр корпуса,
300 мм
Температура теплообменной
среды:
в трубках, 50 ºС
в корпусе, 55 ºС
Длина, 600 мм
Длина трубок, 1700
Теплопроводность, 350 Вт
Рис. 4.14. Конденсатор (теплообменник фреон-жидкость)
Влага, выделившаяся при сушке, удаляется на стадии
вакуумирования с помощью испарителя (рис. 4.15). Испаритель
представляет собой воздушный кожухозмеевиковый теплообменник
типа влажный воздух-фреон, соединенный с камерой сушки с
помощью вакуумного затвора. Фреон в змеевике доходит до
температуры кипения, отбирая тепло и отводя пары влаги из камеры.
Технические характеристики:
Поверхность тепло-обмена,м2 2,310
Внутренний диаметр корпуса, мм 350
Температура теплообменной среды:
в трубке, ºС 5
в корпусе, ºС 15
Длина, мм 1100
Длина трубок, мм 2300
Теплопроводность, Вт 350
Рис. 4.15. Испаритель (теплообменник воздух–фреон)
86
Технические
характеристики:
Производительность,
4,9 м3/мин
Максимальный
вакуум, 96%
Потребляемая мощность,
0,39 кВт
Рис. 4.16. Масляный вакуумный насос Z2-12
Откачка воздуха из камеры сушки производится открытием
вакуумного затвора и включением масляного вакуумного насоса
Z2-12 (рис. 4.16). Достижение максимальной степени разрежения
среды осуществляется менее чем за минуту и в последующем
держится на заданном уровне в течение всего цикла вакуумирования с
помощью конденсатора [94, 191]. В качестве затвора между камерой и
испарителем используется электромеханический вакуумный клапан
КВЭ-63 (рис. 4.17).
Далее жидкий теплоноситель подается в нагревательную плиту
для нагрева материала в камере. Для циркуляции теплоносителя в
системе конденсатор – нагревательная плита применяется
циркуляционный жидкостной насос Extra со средним расходом
30 л/мин. Такой расход позволяет практически без потерь
осуществлять перенос тепла к нагревательной плите. Нагревательная
плита с жидким теплоносителем служит для контактного нагрева
пиломатериала во время процесса сушки. Она состоит из двух
перфорированных алюминиевых листов с установленным между ними
медным змеевиковым нагревателем.
Для теплоизоляции всех узлов созданной пилотной установки
был использован материал на основе вспененного синтетического
каучука с закрытой ячеистой структурой – Armaflex. Он является
87
гибким и долговечным материалом. Закрытоячеистая структура
обеспечивает ему высокоэффективные теплоизоляционные свойства,
технические характеристики обеспечивают необходимую
термоизоляцию.
Управление, автоматизация, а также контроль процессов
сушки осуществляются через щит управления (рис. 4.17). Режимные
параметры контролируются и регулируются с помощью
многоканального измерителя регулятора ТРМ-8.
Рис. 4.17. Щит управления процессом сушки материала
Представленная пилотная установка осциллирующей
вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов внедрена на ООО
«НПП «ТермоДревПром» для сушки заготовок из дорогих пород
древесины для сувенирной продукции небольших размеров. Работа
установки позволила снизить себестоимость сушки дубовых заготовок
с 1658 до 985 руб./м3.
88
4.4. Результаты испытаний пилотной установки осциллирующей
вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов с тепловым
насосом
В результате испытаний пилотная установка проработала в
общей сложности 3000 часов. За время испытаний до заданной
влажности было высушено 15 м3 образцов древесины различных пород
с учетом материала для пуско-наладочных работ.
Процесс сушки проходил по режимным параметрам,
полученным в результате экспериментальных исследований процесса
вакуумирования нагретого материала для трех пород древесины.
а
б
в
Рис. 4. 18. Графики процесса осциллирующей вакуумно-кондуктивной
сушки в пилотной установке: а – температурная кривая;
б – кинетика давления; в – кривая сушки
89
Рис. 4.19. Кинетика потребляемой установкой электроэнергии
в процессе сушки
В ходе проведенных опытных испытаний созданной пилотной
установки были получены зависимости текущих параметров процесса
сушки, такие как температура нагрева, остаточное давление,
влажность пиломатериала, в процессе сушки (рис. 4.18, 4.19) на
пиломатериалах породы сосна толщиной 20 мм [92, 113, 126, 193].
Кинетические кривые изменения температуры нагревательной плиты
и температуры в центре материала в процессе осциллирующей
вакуумно-кондуктивной сушки образца представлены на рис. 4.20.
Рис. 4.20. Температурные кривые процесса осциллирующей вакуумно-
кондуктивной сушки
Для определения качества сушки древесных образцов был
использован метод силовых секций [2, 14, 31, 181]. С помощью
данного метода можно обнаружить даже незначительные напряжения
90
и по направленности изгиба зубцов силовой секции определить
характер напряжения и получить представление о его величине. Для
этого во время процесса сушки вместе с образцами древесины
закладывают контрольный образец, из которого периодически
выпиливают поперечные срезы толщиной 10 – 12 мм. Торцы
контрольного образца после каждого среза покрывают
влагонепроницаемым составом. Секции выпиливают на расстоянии не
менее 100 мм от торца.
Поперечный срез раскраивают на круглопильном станке с
изготовлением двухзубой силовой секции согласно схеме (рис. 4.21).
Рис. 4.21. Схема раскроя силовой секции
С точностью до 0,1 мм замеряются расстояния Т и Т1. При
равенстве этих величин напряжения в пиломатериалах практически
отсутствуют.
Относительную деформацию зубцов секции вычисляют по
формуле
%100
2
1
−
=
l
TT
f
, (4.43)
где l – длина зубца, мм. Для пиломатериалов, высушиваемых по I и II
категориям качества, относительная деформация зубцов секции f не
должна превышать 1,5–2 %.
Проведенные таким образом исследования внутренних
напряжений показали, что относительная деформация зубцов секции
не превышает 1,5 %, поэтому образцы можно отнести к
пиломатериалам, высушиваемым по I категории качества. В связи с
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]