“оргова€ площадка    аталог компаний   Ќовости законодательства   јналитика   “ехнологии и оборудование  
∆урнал "ƒеловой лес" ƒл€ руководителей | –азмещение баннеров и статей

¬ход в систему

Ћогин
ѕароль

Ќапишите, дл€ регистрации

—татистика

 омпаний: 1590
ѕользователей: 2870

–еклама на сайте

»нформеры »нформеры
√лавна€ страница » “ехнологии и оборудование

ќрганизаци€ высокопроизводительных автономных мобильных деревоперерабатывающих комплексов дл€ промышленного дерев€нного домостроени€ на отходах переработки древесины.

ќрганизаци€  высокопроизводительных автономных мобильных   деревоперерабатывающих комплексов дл€ промышленного дерев€нного домостроени€ на отходах переработки древесины.

√олицын ¬.ѕ. Ц к.т.н.

    –осси€ располагает огромными биоресурсами. ѕо состо€нию на 1 €нвар€ 2001 года в –оссии насчитывалось 1097 млн. га лесистой местности и составл€ет 64,1% от общей земельной территории. Ёто соответствует четверти мировых запасов леса. ѕри расчетной лесосеке в –оссии пор€дка 540 млн. кубометров, заготовка никогда не превышала 300 Ц 350 млн. кубометров. ¬ результате экономического спада 90-х годов объем заготовки древесины снизилс€ в 1998 до 75 млн. кубометров, в 2000 году составил около 100 млн. кубометров, в 2002 году Ц пор€дка 150 млн. кубометров. “аким образом, использование расчетной лесосеки не превышает в насто€щее врем€ 15%. из них около 60 млн. кубометров - 40%, остаетс€ в виде отходов в лесосеке. ѕри дальнейшей переработке на пилораме  в обрезную доску, из оставшихс€ 90 млн. кубометров, около 24 млн. кубометров - 40%, уход€т в отходы, рис. 1.

 

0001

                     –ис.1.  –аспределение отходов древесины  на различных стади€х ее переработки

“аким образом, из заготовленных 150 млн. кубометров древесины отходы составл€ют не менее 84 млн. кубометров и практически не используютс€, несмотр€ на то, что они €вл€ютс€ биоэнергетическим топливом. –асчеты и практические результаты показывают, что они могут быть использованы дл€ газогенераторных электростанций, расположенных в непосредственной близости к лесосекам, обеспечени€ электроэнергией пилорамы,  мобильных установок     сушки древесины,   упаковки    готового сухого пиломатериала.  —редн€€ расчетна€ лесосека составл€ет 10 000 кубометров и должна быть переработана в течение трех мес€цев. ¬ этом случае отгрузка готовой продукции составит 1000 - 1500 м3  в мес€ц и может быть полностью обеспечена энергоносител€ми полученными от переработки отходов древесины. ¬торичное тепло от работы газогенераторного комплекса должно использоватьс€ дл€ нужд предпри€ти€: упаковки продукции, обогрева жилых, производственных  и жилых помещений.

       ¬се оборудование  комплекса  должно быть модульного типа,  легко и быстро монтироватьс€, грузитьс€ и транспортироватьс€ автомобильным транспортом,  комплектоватьс€ установками сушки древесины желательно отечественного производства. ¬спомогательное оборудование: газогенераторы, газо-поршневые агрегаты, модульные котельные установки, пилорама, могут быть, как полностью отечественного, так и частично зарубежного производства.

     ќтсутствие до 2000 года в –оссии  компактных высокопроизводительных, энергосберегающих технологий и  установок сушки древесины,  газогенераторных установок, работающих на древесных отходах, газо-поршневых агрегатов, способных работать на  газогенераторном газе и вырабатывать электрическую энергию достаточную дл€ работы пилорамы и установки сушки древесины, не стимулировало ее глубокую переработку, развитие промышленного дерев€нного домостроени€ и, в основном, было направлено на вывоз не обработанного круглого леса за рубеж. ќдним из главных сдерживающих факторов развити€ данного направлени€  было отсутствие компактных, малоэнергоемких, высокопроизводительных установок сушки древесины.

        ѕри разработке комплексной стратегии развити€ Ћѕ  —‘ќ до 2015 года мы сделали анализ существующих технологий и оборудовани€ сушки древесины и газогенераторных электростанций, работающих на отходах переработки древесины.

         ¬ насто€щее врем€ используетс€ множество методов и способов сушки древесины, которые реализуютс€ на установках сушки различной конструкции. ѕриведем некоторые данные различных установок на примере сушки свежеспиленной древесины сосны.

 онвекционна€ сушка при атмосферном давлении, она наиболее широко представлена в –оссии и за рубежом. ¬ качестве теплоносител€ используют поток нагретого воздуха определенной влажности. ѕосле достижени€ предельного значени€ влажности теплоносител€ его выбрасывают в атмосферу и замен€ют новой порцией атмосферного, менее влажного, воздуха. 

Ќедостатки  способа: зависимость сушки от погодных условий региона, высока€ продолжительность цикла сушки, большие капитальные и эксплуатационные затраты, длительность монтажа и запуска в эксплуатацию, большой удельный расход энергии на сушку древесины, неравномерность высушивани€ древесины в штабеле и камере в направлении потока теплоносител€,  низкое качество конечного продукта из-за неравномерности влажности, наличи€ трещин, короблени€, обусловленных  услови€ми сушки.

       ¬акуумна€ сушка - более прогрессивный технологический процесс получает широкое распространение в странах с высокоразвитой деревообрабатывающей промышленностью. ќбеспечивает м€гкий режим сушки и относительно высокое качество конечного продукта, недостижимое в процессе сушки при атмосферном давлении.

¬ свою очередь вакуумную сушку нужно подраздел€ть на камерную вакуумную  и вакуум - импульсную сушку.

        амерна€ вакуумна€ сушка древесины происходит в герметических камерах при  давлении ниже атмосферного. ¬с€ жидкость, имеюща€с€ в древесине, удал€етс€ из неЄ с фазовым переходом жидкости в пар, также как при атмосферной сушке.  ћеханизм вакуумной сушки аналогичен конвективной, но она более производительна за счет увеличени€ скорости диффузии воды в древесине.

¬ насто€щее врем€ не менее семи фирм «ападной ≈вропы, јмерики, –оссии выпускают вакуумные камеры дл€ сушки пиломатериалов. ѕри этом используют различные способы подвода тепла к древесине: —¬„ нагрев, газообразный теплоноситель, контактные нагреватели. 

ќчевидное достоинство таких установок, это малый срок монтажа и демонтажа, запуска в производство, высокое качество сухого пиломатериала по сравнению с атмосферными камерными сушилками.

    недостаткам следует отнести низкую производительность,  сложность конструкции, очень высокие удельные капитальные затраты  сушильных установок этого типа. ”дельные энергозатраты на сушку пиломатериала в зависимости от начальной и конечной влажности по различным источникам составл€ют  от 200 до 500 к¬тч/м3.  ѕри использовании пресс-вакуумных сушилок к выше указанным недостаткам добавл€етс€ еще более высока€ цена, возможность сушки пиломатериала  только от начальной влажности  не более 30%.

ѕеречисленные способы, методы сушки и установки их реализующие имеют недостатки не позвол€ющие организовать быстро возводимые, высокопроизводительные деревоперерабатывающие комплексы дл€ дерев€нного домостроени€ на основе  энергосберегающих технологий, утилизации отходов переработки  древесины. Ќа наш взгл€д данна€ проблема может быть решена только с использованием принципиально нового способа вакуум - импульсной сушки древесины и установок его реализующих.   онструкци€ этих установок и способ сушки запатентованы в –оссии, фото.1, —Ўј,  анаде, –еспублике  оре€, фото.2.  — 2000 года они прошли широкую промышленную апробацию, везде получены положительные результаты. ¬ –оссии с 2003 г. организовано серийное производство этого оборудовани€, фото.1. ѕоэтому более детально остановимс€ на механизме сушки древесины и ее практических результатах, сравнительной оценки удельных затрат энергии, производительности. —делаем это на примере сушки наиболее распространенных хвойных пород - сосновых пиломатериалов и толстого бруса.

     ¬ промышленности используют различные способы сушки древесины, отличающиес€ примен€емым оборудованием и особенност€ми передачи тепла высушиваемому материалу. Ќо, независимо от этого, во всех этих разных видах оборудовани€ в основу процесса удалени€ влаги из древесины положен фазовый переход всей удал€емой воды в пар. Ёто  наиболее энергозатратный механизм сушки. Ќекоторые авторы, рассматрива€ практические энергозатраты на сушку 1м3 пиломатериала, не указывают его толщину или начальную влажность и привод€т совершенно отвлеченные, ни о чем не говор€щие цифры. ƒруга€ часто встречающа€с€ ошибка Ц расчет теоретических затрат  энергии на сушку древесины с использованием термодинамической величины удельной теплоты перехода жидкости в пар без учета  затрат энергии на ее диффузию в пористом материале и вли€ни€ различных поверхностных и капилл€рных сил. — увеличением толщины пиломатериала и уменьшением диаметра капилл€ра, вышеуказанные факторы станов€тс€ доминирующими и превышают термодинамическую теплоту фазового перехода  свободной жидкости в пар.

¬ таблице 1 приведены удельные энергозатраты в различных отечественных и зарубежных камерных сушилках на удаление 1 кг жидкости из древесины от начальной влажности равной влажности свежеспиленной древесины до конечной транспортной влажности 19 %. Ќа сегодн€ такие затраты - это единственный и самый объективный показатель эффективности работы сушильного оборудовани€. »з представленного р€да сушилок, по своим низким удельным тепловым затратам на сушку, резко выдел€етс€ оборудование реализующее способ вакуум - импульсной сушки пиломатериалов, фото.1 и фото. 2. ”казанна€ величина 0,34 к¬тч/кг (1224 кƒж/кг) на первый взгл€д сомнительно мала, так как почти в 2 раза меньше термодинамической теплоты испарени€ свободной воды. ”читыва€ неизбежные тепловые потери реального технологического процесса сушки в промышленном сушильном оборудовании, можно смело утверждать, что эта разница еще больше. Ѕольшой набор статистических данных показал полную достоверность полученных результатов. ќбъ€снение данному факту может быть только одно: процесс сушки происходит со значительной долей удалени€ влаги в виде жидкой фазы (тумана) без ее испарени€.

   Ќе вдава€сь глубоко в термодинамику, кинетику и механизм этого процесса, которые подробно изложены автором в [1,2],  рассмотрим одну из термограмм технологического процесса сушки штабел€ соснового пиломатериала толщиной 50 мм от начальной влажности 110% до конечной 8 %.

—ущественными отличительными признаками данного сушильного оборудовани€ и способа сушки древесины от всех существующих €вл€етс€ скоростное вакуумирование свободного объема сушильной камеры, которое осуществл€етс€ при помощи ресивера, быстродействующих клапанов и трубопроводов, диаметр которых рассчитываетс€ по уравнению, полученному авторами на основании законов теоретической физики и экспериментальных результатов [3-15]. ѕроцесс нагрева древесины происходит в герметичной изолированной камере, поэтому после второго вакуумного импульса и вакуумировани€ говорить о парциальном давлении паров воды в паровоздушном потоке не имеет смысла.

      ѕри создании вакуумного импульса (сушка древесины), употребл€ть пон€тие относительной влажности также не имеет смысла т.к. насыщенный пар содержит большое количество воды в виде тумана.           

       ћеханизм воздействи€ вакуумного импульса на удаление свободной и св€занной влаги  древесины объ€сним на следующем конкретном примере.

ѕоказатели удельного энергопотреблени€ лесосушильных камер периодического действи€ при сушке еловых пиломатериалов.

є

“ип и марка

сушильной камеры

”дельный расход энергии

“еплова€

Ёлектро-механи-

ческа€,

к¬тч/кг

ќбщий расход,

к¬тч/кг

кƒж/кг

к¬тч/кг

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

3

 

4

 

5

 

 

 

 

6

 

7

 

 

 

ѕаровоздушные:

-малой производительности, HD,  KWB, SR68, SHT, Zicnica

- средней производительности

- большой производительности HD78K, KWD фирм Sateko и Vanichek

√азовые и с газовоздушным теплообменником HD, HWC, KWL, W-147

¬ысокотемпературные KAA фирмы Sateko

 онденсационные HD фирмы

Vanicek

¬акуумные:

- с рекуперацией тепла фирмы WDE Maspell

- с сушкой в поле токов высокой частоты EDV2, GUB100

¬акуумна€ сушильна€ установка ќќќ Ђѕќ –оспромї

¬акуум - импульсна€ сушка и пропитка пиломатериалов Ђ»—ѕ-5,5/2ї, Ђ»—ѕ-7,5/2ї, Ђ»—ѕ-15/2ї.

 

5690

 

4480

5070

 

 

 

7500

 

4730

 

 

 

 

2600-6300

 

7200-10800

 

5070

 

1224

 

1,58

 

1,24

1,40

 

 

 

2,08

 

1,31

 

 

 

 

0,72-1,75

 

2,00-3,00

 

1,4

 

0,34

 

0,25

 

0,20

0,20

 

 

 

0,21

 

0,125

 

1,4-2,8

 

 

0,14

 

 

 

 

 

0,20

 

 

1,83

 

1,44

1,60

 

 

 

2,29

 

1,33

 

1,4-2,8

 

 

0,86-1,89

 

2,00-3,00

 

1,4

 

0,54

   ƒл€ свободной влаги, содержащейс€ в древесине хвойных пород, при температуре  90∞— равновесное давление насыщенного вод€ного пара составл€ет 525 мм. рт. ст. ѕри соединении с ресивером, имеющий объем равный свободному объему сушильной камеры, давление в ней составит (750 мм + 30 мм)/2=390 мм. рт. ст., т.е. меньше равновесного давлени€ насыщенного вод€ного пара при заданной температуре.

  —вободной и св€занной  влаги  древесины соответствует строго определенное и только ей присущее равновесное давление насыщенного пара. ѕри этом дл€ свободной влаги березы - лиственной породы древесины и сосны Ц хвойной породы, равновесное давление насыщенного пара при температуре 90 ∞—, будет одинаково - 550 мм рт. ст., так как здесь не играет  роль строение древесины. ¬еличина капилл€ров древесины очень велика, поэтому структура и размер капилл€ров не вли€ет на  равновесное давление насыщенного пара свободной влаги и врем€ диффузии жидкости к поверхности.  ¬ыдержка древесины после импульса под вакуумом не зависит от породы древесины, а определ€етс€ еЄ толщиной, так дл€ пиломатериала сосны толщиной 50 мм она составл€ет 15 мин. Ёто врем€ диффузии, которое необходимо дл€ выравнивани€ влажности и  давлени€ пара в объеме древесины и камеры при ее вакуумировании. ќднако, при импульсном воздействии, т.е. соединении камеры с ресивером, в камере должно создаватьс€ давление ниже равновесного, дл€ того чтобы влага, наход€ща€с€ в древесине, за счет избыточного, образовавшегос€ в ней давлени€ пара, выдавливалась в свободный объем камеры в виде высокодисперсной фазы - тумана и улавливалась в ресиверах. »менно это действие приводит к снижению энергозатрат на  удаление влаги из древесины до уровн€ ниже теоретических. ¬ реальных услови€х сушки сосны, суммарно, все  энергозатраты составл€ют 1476 кƒж/кг Ќ2ќ, вместо теоретических  только на удаление влаги 2268 кƒж/кг Ќ2ќ.

    ƒл€ нагл€дного понимани€ процесса сушки сосны представлено графическое изменение температуры древесины, теплоносител€, давлени€ в камере сушки и ресивере  реального процесса сушки на установке Ђ»—ѕ-7.5/2ї рис.2(а, б, в), работающей в ќјќ Ђ—ухонский речной концернї г. ¬ологда. ƒанный процесс сушки специально дл€ нагл€дности   увеличили по времени  за счет увеличени€ объема загрузки в камеру сушки с 7.5 до 9.2 кубометров пиломатериала (22%), снижени€ мощности калориферов дл€ нагрева теплоносител€ в камере сушки со 100 до 50 к¬т. (50%).  ¬се это увеличило врем€ сушки, без учета времени на нагрев, с 20 до 35 часов.

      Ќа данных графиках с монитора компьютера системы управлени€ представлены:                                                                              

1. зависимости температуры теплоносител€ и древесины от времени сушки;

1.1. изменение температуры теплоносител€ в процессе нагрева древесины во всех периодах сушки: нагрев, удаление свободной влаги, пропарка, переходный период, удаление св€занной влаги  до заданной влажности;                                                      

 1.1.1. изменение температуры Ђгор€чегої теплоносител€, поступающего с электрокалорифера до прохода его через штабель пиломатериала;                        

 1.1.2. изменение температуры охлаждЄнного теплоносител€ после прохода его через штабель пиломатериала;                                                                                                                       1.2. изменение температуры древесины в процессе ее нагрева до заданной величины   во всех периодах сушки до заданной влажности.                                                                                                        «десь надо учесть, что  сушка производилась зимой.  ƒревесину загружали в камеру сушки лед€ной с температурой  (-)15-20 градусов. Ёто увеличило врем€ нагрева древесины с 3 до 5 часов.

   2. изменение давлени€  с сушильной камере и ресивере (давление пара жидкости древесины)  в мм. рт. ст;                                                                          

 2.1. изменение давлени€  пара воды в изолированной от внешней среды сушильной камеры, т.е. давление паров воды в древесине в зависимости от еЄ температуры (верхн€€ крива€);                                                                                           2.2. изменение  давлени€ (вакуум) в ресивере.                                             

     Ќа представленном рис. 3 (а, б, в) четко видны все периоды сушки, которые можно назвать классическими.

ѕервый период - предварительный прогрев материала до заданной температуры сушки с 18-30 до 22-20 часов.

¬торой период - удаление свободной влаги древесины с 90% до 30%  происходит с 22-20 до 9-30 часов. ¬ этом случае циклы нагрева и вакуумировани€ древесины в сушильной камере идентичны, в сумме составл€ют около 30 минут. ¬ ресивере и сушильной камере циклы изменени€ давлени€ также абсолютно идентичны  и тоже составл€ют около 30 минут.

ѕереходный период Ц снижение влажности древесины с 30% до 25-24%, завершение удалени€ свободной влаги, начало  удалени€ влаги капилл€рной конденсации и влаги полимолекул€рной адсорбции, начало процесса поверхностной усушки,  проведение процесса пропарки-пропитки с 9-30    до 19-00. Ёто один из наиболее ответственных этапов. ¬ этом случае:                                                                                                                                    

а)возрастает врем€ прогрева материала до заданной температуры;                                             б)возрастает градиент температуры во врем€ вакуумного импульса;                                          в)резко уменьшаетс€  давление пара воды древесины в камере;                                                                                                                             г) происходит усушка поверхностных слоев древесины, поэтому, чтобы не допустить усушку выше допустимых пределов ее деформации, проводитс€ пропарка-пропитка поверхностных слоев древесины на глубину 2 - 4 мм, привод€ща€ к раскрытию пор на поверхности древесины и резкому возрастанию давлени€ пара св€занной влаги до давлени€ пара свободной влаги и ускорению процесса сушки.

0002

                       –ис.2 (а)                                                   –ис. 2 (б)

–ис. 2 (а) “ехнологические параметры сушки сосны.

      Ќа мониторе компьютера диаграммы представлены в  системе координат: температура Ц врем€, давление - врем€ и отражают изменение температуры древесины, теплоносител€, давление в ресивере и давление  пара воды в камере сушки.

а) первый период - предварительный прогрев древесины до 90 градусов,  второй период -  удаление свободной влаги с 90% до 30%.

  –ис. 2 (б) переходный период -  конец удалени€ свободной влаги древесины и начало удалени€ св€занной, вли€ние увлажнени€-пропарки на давление насыщенного пара древесин

 

“ретий период- удаление св€занной влаги с 24-25% до 8%, т.е. осмотической, полимолекул€рной адсорбции. Ќа это уходит 23 часа 30 минут  с 9-30 до 10-00. Ётот период характерен в начальной стадии увеличением времени прогрева древесины, градиента температуры при вакуумировании и последующим уменьшением этих параметров к концу периода. ќчень показательно и характерно уменьшение давлени€  пара, которое характеризует абсолютное влагосодержание древесины и €вл€етс€   критерием ее влажности.

«аключительный период Ц конденционирование с 10-00 до 11-30 часов.